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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
FLÁVIA BRANDÃO RAMALHO DE BRITO
ESTUDO DA TEMPERATURA DE GLOBO EM RELAÇÃO À TEMPERATURA DO AR
DURANTE ATIVIDADES COGNITIVAS EM AMBIENTES DE ENSINO COM ALTERAÇÕES
CLIMÁTICAS EM ÁREAS DAS REGIÕES BRASILEIRAS
JOÃO PESSOA
2017
FLÁVIA BRANDÃO RAMALHO DE BRITO
ESTUDO DA TEMPERATURA DE GLOBO EM RELAÇÃO À TEMPERATURA DO AR
DURANTE ATIVIDADES COGNITIVAS EM AMBIENTES DE ENSINO COM ALTERAÇÕES
CLIMÁTICAS EM ÁREAS DAS REGIÕES BRASILEIRAS
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção do Centro de Tecnologia da Universidade Federal da Paraíba, como requisito para grau de Mestre em Engenharia de Produção. Área de Concentração: Trabalho, Tecnologia e Organizações Orientador: Luiz Bueno da Silva, Dr.
JOÃO PESSOA
2017
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer inicialmente ao professor Luiz Bueno da Silva que
considero um ótimo professor e orientador e, acima de tudo, um amigo, sempre
auxiliando nas incontáveis dúvidas que surgiram durante a realização deste trabalho.
Agradeço a ele também por toda confiança, disponibilidade e atenção mesmo com as
dificuldades de eu estar morando e trabalhando em outra cidade.
Agradeço também ao professor Antônio Souto Coutinho que sempre se
mostrou disposto a me auxiliar quando tive dúvidas relacionadas a área térmica.
Aos meus pais, Mércia e Flávio, minhas bases, simplesmente por terem me
feito existir, por tanto amor, por tudo o que sou, por cada oração, por terem me
proporcionado educação e amor pelos estudos, e, apesar das inúmeras dificuldades,
por sempre me estimularem a continuar.
Ao meu amigo e namorado Afrânio Jácome que sempre me incentivou para
continuar seguindo em frente na constante busca pelo conhecimento.
Aos colegas e amigos do Laboratório de Análise do Trabalho (LAT), em
especial Adriana Gomes, Erivaldo Lopes e Thainá Santiago. Ainda agradeço as
amigas sempre presentes nesta caminhada, Féfé, Allana, minha cunhada Gabriela,
Alana, Ana Raquel e minhas irmãs Marina, Sylvia e Fernanda.
Aos professores que nos receberam nas diversas coletas espalhadas pelo
Brasil, aos alunos que se dispuseram a participar e contribuir para a relização deste
trabalho. Aos colegas de trabalho da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE).
Enfim, a todos que contribuíram e me ajudaram direta ou indiretamente para a
conclusão desta dissertação.
RESUMO
Introdução: As alterações climáticas do planeta poderão elevar ainda mais a temperatura média em todas as regiões do Brasil, e como tem havido um crescimento da inserção de inovações tecnológicas de comunicação e informação (news ICT) em ambientes de ensino, o que pode colaborar para o aumento da radiação térmica, torna-se assim importante investigar como esse aumento nesses ambientes poderá interferir no conforto e desempenho de estudantes. Na equação formulada por Fanger (1970), o fator de radiação térmica é representado pela temperatura radiante média (Trm), mas seu impacto sobre o conforto térmico é muitas vezes ignorado. A temperatura de globo (Tg) é uma das variáveis das equações para o cálculo da temperatura radiante média e a mesma corresponde a temperatura que permite avaliar o nível de radiação térmica das superfícies existentes em um ambiente donde uma diferença significativa entre a temperatura de globo e a temperatura do ar pode demonstrar certo aumento da radiação térmica no ambiente de trabalho. Objetivo: Investigar se a relação entre a temperatura de globo e a temperatura do ar (Tg-Ta), observando a variação da temperatura radiante média, poderá ter repercussão no desempenho de estudantes em ambientes inteligentes de ensino (News ICT) em áreas das regiões brasileiras. Métodos: Os procedimentos metodológicos adotados neste trabalho consistiram nas etapas: análise das variáveis térmicas: trm e (tg-ta); análise do desempenho dos estudantes, análise dos elementos arquitetônicos e construção do modelo matemático. O estudo foi realizado em laboratórios de informática climatizados com News ICT nas seguintes instituições: UFPI, Teresina-Piauí (A); UFSC, Florianópolis-Santa Catarina (B); UnB, Brasília-Distrito Federal (C); UNIVASF, Petrolina-Pernambuco (D); ICMC, São Carlos-SP (E); UFAM, Manaus-Amazonas (F); CE da PM, João Pessoa, Paraíba (G). Os estudantes responderam a um questionário adaptado da Bateria de Provas de Raciocínio (BPR-5) em três dias consecutivos a diferentes temperaturas, enquanto as condições térmicas eram medidas e o projeto e elementos arquitetônicos eram analisados. Resultados: Constatou-se que nos três dias consecutivos só não houve troca de calor por radiação entre o estudante e seu ambiente nos laboratórios das instituições C e F, demonstrando que nos outros laboratórios das instituições A, B, D, E e G houve troca de calor por radiação. Ressalta-se que no laboratório da instituição G essa troca de calor foi mais acentuada, tal que a temperatura radiante média em dado instante superou a temperatura de globo em 2,25 °C hcg/ 𝜀𝑔𝜎.
Entretanto, sua análise arquitetônica sinalizou que o projeto tinha mais aspectos positivos.Logo, provavelmente as fontes de calor no interior do laboratório devem ter proporcionado aumento da radiação térmica, haja vista que o número de estudantes e laptops eram representativos. Assim, no sentido de confirmar esses achados, constatou-se através da modelagem matemática que a cada aumento de um grau na diferença entre a temperatura de globo e a temperatura do ar (Tg-Ta), o desempenho dos estudantes no laboratório de informática da instituição G diminuía em torno de 29%, constatando que, quanto maior a temperatura radiante média, maior será a radiação térmica nesse laboratório, e esse aumento poderá comprometer o desempenho dos estudantes. Conclusão: Como a produtividade pode sofrer alterações devido às mudanças de temperatura do ar em ambientes de ensino climatizados, conforme já comprovado por publicações internacionais, neste caso específico, se Tg>>Ta, possivelmente a radiação térmica poderá interferir no desempenho das pessoas presentes em ambiente providos de inovações tecnológicas de comunicação e informação (News ICT). Palavras-chave: Radiação térmica; Temperatura de globo; temperatura radiante média; desempenho de estudantes
ABSTRACT
Introduction: The planet's climate change may raise the average temperature in all regions of Brazil. As there has been an increase in the insertion of technological innovations of communication and information (news ICT) in educational institutions, which can contribute to the increase in thermal radiation, it is therefore important to investigate how this increase in these environments may interfere with the comfort and performance of students. In the equation formulated by Fanger (1970), the thermal radiation factor is represented by the mean radiant temperature (Trm), but its impact on thermal comfort is often ignored. The globe temperature (Tg) is one of the variables of the equations for the calculation of the mean radiant temperature. It corresponds to the temperature that allows evaluating the level of thermal radiation of the existing surfaces in an environment where a significant difference between the globe temperature and the temperature of the air can demonstrate some increase of thermal radiation in the work environment. Objective: To investigate if the behavior of the globe temperature in relation to the air temperature (Tg-Ta), observing the variation of the mean radiant temperature, could have repercussion in the performance of students in intelligent teaching environments in areas of the Brazil's regions. Methods: The methodological procedures adopted in this work consisted of the following steps: analysis of thermal variables: Trm and (Tg-Ta); analysis of students' performance, analysis of architectural elements and construction of the mathematical model. The study was carried out in computerized laboratories with News ICT in the following institutions: UFPI, Teresina-Piauí (A); UFSC, Florianópolis-Santa Catarina (B); UnB, Brasília-Federal District (C); UNIVASF, Petrolina-Pernambuco (D); ICMC, São Carlos-SP (E); UFAM, Manaus-Amazonas (F); CE of the PM, João Pessoa, Paraíba (G). The students answered a questionnaire adapted from the Bateria de Provas de Raciocínio (BPR-5) on three consecutive days at different temperatures, while the thermal conditions were measured and the design and architectural elements were analyzed. Results: It was verified that in the three consecutive days, there was no heat exchange by radiation between the student and his environment in the laboratories of institutions C and F, demonstrating that in the other laboratories of institutions A, B, E and G there was heat exchange by radiation. It is noteworthy that in the laboratory of institution G this heat exchange was more pronounced, such that the mean radiant temperature at any given time exceeded the globe temperature at 2.25°Chcg/ 𝜀𝑔𝜎. However, their architectural
analysis signaled that the design was adequate. So probably, the heat sources inside the laboratory should have provided increased thermal radiation, given that the number of students and laptops were representative. Thus, in the sense of confirming these findings, it was verified through the mathematical modeling that with each increase of one degree in the difference between the globe temperature and the air temperature (Tg-Ta), the students' performance in the computer laboratory of the Institution G decreased by around 29%. Therefore, the higher the mean radiant temperature, the higher the thermal radiation in this laboratory, and this increase may compromise student performance. Conclusion: Productivity may change due to changes in air temperature in air-conditioned teaching environments, as has already been demonstrated by international publications. In this specific case, if Tg >> Ta, the thermal radiation may possibly interfere with the performance of people present in environments equipped with technological innovations in communication and information (News ICT). Keywords: Thermal radiation; Globe Temperature; Mean radiante temperature; Student Performance
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Fluxo do Prisma ....................................................................................... 13
Figura 2 – Definição de Sistema ............................................................................... 25
Figura 3 – Processo de Condução de calor .............................................................. 27
Figura 4 – Processo de Convecção de calor ............................................................. 28
Figura 5 – Radiação entre sólidos devido ao gradiente de temperatura ................... 51
Figura 6 – Espectro da Radiação Eletromagnética ................................................... 53
Figura 7 – Esquema neurocomportamental para avaliação da produtividade de trabalho de escritório ................................................................................................. 60
Figura 8 – Fatores que podem contribuir com o aumento da radiação térmia .......... 70
Figura 9 – Estação microclimática BABUC A ............................................................ 73
Figura 10 – Laboratório de informática da instituição A ............................................ 82
Figura 11 – Layout do laboratório de informática da instituição A ............................. 82
Figura 12 – Esquema do caminho do sol no edifício do LI – A.................................. 83
Figura 13 – Histograma do número de acertos nos testes de raciocínio total do LI – A .................................................................................................................................. 87
Figura 14 – Efeito da temperatura no tempo de resposta no LI – A .......................... 88
Figura 15 – Laboratório de informática da instituição B ............................................ 89
Figura 16– Layout do laboratório de informática da instituição B .............................. 90
Figura 17 – Esquema do caminho do sol no edifício do LI – B.................................. 90
Figura 18 – Histograma do número de acertos nos testes de raciocínio total do LI – B .................................................................................................................................. 95
Figura 19 – Efeito da temperatura no tempo de resposta do LI –B ........................... 96
Figura 20 – Laboratório de informática da instituição C ............................................ 97
Figura 21– Layout do laboratório de informática da instituição C .............................. 97
Figura 22– Esquema do caminho do sol no edifício do LI –C ................................... 98
Figura 23– Histograma do número de acertos nos testes de raciocínio total do LI – C ................................................................................................................................ 102
Figura 24– Efeito da temperatura no tempo de resposta do LI – C ......................... 103
Figura 25– Laboratório de informática da instituição D ........................................... 105
Figura 26– Layout do laboratório de informática da instituição D ............................ 105
Figura 27– Esquema do caminho do sol no edifício do LI – D ................................ 106
Figura 28– Histograma do número de acertos nos testes de raciocínio total do LI – D ................................................................................................................................ 110
Figura 29– Efeito da temperatura no tempo de resposta do LI –D .......................... 111
Figura 30– Laboratório de informática da instituição E ........................................... 112
Figura 31– Layout do laboratório de informática da instituição E ............................ 113
Figura 32– Esquema do caminho do sol no edifício do LI – E................................. 113
Figura 33– Histograma do número de acertos nos testes de raciocínio total do LI – E ................................................................................................................................ 117
Figura 34– Efeito da temperatura no tempo de resposta do LI – E ......................... 118
Figura 35– Laboratório de informática da instituição F ............................................ 119
Figura 36– Layout do laboratório de informática da instituição F ............................ 120
Figura 37– Esquema do caminho do sol no edifício da Instituição F ....................... 120
Figura 38– Histograma do número de acertos nos testes de raciocínio total - instituição F .............................................................................................................................. 125
Figura 39– Efeito da temperatura no tempo de resposta - instituição F .................. 126
Figura 40– Laboratório de informática da instituição G ........................................... 127
Figura 41– Layout do laboratório de informática da instituição G............................ 128
Figura 42– Esquema do caminho do sol no edifício do LI – G ............................... 128
Figura 43– Histograma do número de acertos nos testes de raciocínio total do LI – G ................................................................................................................................ 133
Figura 44– Efeito da temperatura no tempo de resposta do LI –G .......................... 134
Figura 45– Representação da temperatura de globo e da temperatura do ar por LI ................................................................................................................................ 136
Figura 46– Número de acertos BPR5 por instituição .............................................. 137
Figura 47– Tempo de resposta dos testes por instituição ....................................... 138
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Distribuição dos estudos ao longo dos anos ........................................... 16
Gráfico 2 – Número de artigos selecionados por periódico ....................................... 17
Gráfico 3 – Variação da trm nos três dias de coletas no LI – A .................................. 86
Gráfico 4 – Variação de tg-ta nos três dias de coletas no LI – A ................................ 86
Gráfico 5 – Variação de trm nos três dias de coletas no LI – B .................................. 93
Gráfico 6 – Variação de tg-ta nos três dias de coletas no LI – B ................................ 94
Gráfico 7 – Variação de trm nos três dias de coletas no LI –C ................................. 101
Gráfico 8 – Variação de tg-ta nos três dias de coletas no LI – C .............................. 101
Gráfico 9 – Variação de trm nos três dias de coletas no LI – D ............................... 109
Gráfico 10 – Variação de tg-ta nos três dias de coletas no LI – D ............................ 109
Gráfico 11 – Variação de trm nos três dias de coletas no LI – E .............................. 116
Gráfico 12 – Variação de tg-ta nos três dias de coletas no LI – E ............................ 116
Gráfico 13 – Variação de trm nos três dias de coletas no LI – F .............................. 123
Gráfico 14 – Variação de tg-ta nos três dias de coletas no LI – F ............................ 124
Gráfico 15 – Variação de trm nos três dias de coletas no LI – G ............................ 131
Gráfico 16 – Variação de tg-ta nos três dias de coletas no LI – G .......................... 132
Gráfico 17– Distribuição de frequência de Dt – Amostra G ..................................... 146
Gráfico 18 – Adequação da distribuição .................................................................. 148
Gráfico 19 – Adequação da Função de Variância ................................................... 148
Gráfico 20 – Gráfico do desvio residual padronizado em função da alavancagem . 149
Gráfico 21 – Comportamento do desempenho em função de (tg-ta) ........................ 151
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Artigos selecionados na revisão sistemática .......................................... 14
Quadro 2 - Variáveis que influenciam o Conforto Térmico ........................................ 41
Quadro 3 - Baterias de Prova de Raciocínio (BPR-5) e seus cinco subtestes: Raciocínio verbal, abstrato,mecânico,espacial,numérico .......................................... 64
Quadro 4 – Variáveis e indicadores da pesquisa ...................................................... 71
Quadro 5 – Localidade, tamanho da amostra e período das coletas por instituição . 71
Quadro 6 – Subtestes de raciocínio baseados na BPR-5 ......................................... 75
Quadro 7 – Recomendações de projeto arquitetônico segundo Roriz (1996) ........... 77
Quadro 8 – Materiais construtivos e revestimento do prédio do LI – A .................... 83
Quadro 9 – Materiais construtivos e revestimento do prédio do LI – B ..................... 91
Quadro 10 – Materiais construtivos e revestimento do prédio do LI –C .................... 98
Quadro 11 – Materiais construtivos e revestimento do prédio do LI – D ................. 106
Quadro 12 – Materiais construtivos e revestimento do prédio do LI – E ................. 114
Quadro 13 – Materiais construtivos e revestimento do prédio do LI – F ................. 121
Quadro 14 – Materiais construtivos e revestimento do prédio do LI – G ................. 129
Quadro 15 – Quadro síntese da troca de calor por radiação por sessão e por instituição ................................................................................................................................ 134
Quadro 16 – Análise Arquitetônica por llaboratório de informática (LI) ................... 139
Quadro 17 – Considerações gerais da Análise Arquitetônica ................................. 142
Quadro 18 – Resultado geral da análise arquitetônica por LI.................................. 143
Quadro 19 – Estimativa dos coeficientes do modelo ............................................... 147
Quadro 20 – Estimativa dos coeficientes do modelo sem o ponto 42 ..................... 149
Quadro 21 – Estimativa dos coeficientes do modelo final ....................................... 150
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Taxa metabólica para diferentes atividades segundo ISO 7730/2005 ..... 44
Tabela 2 - Índice de isolamento térmico para vestimentas ....................................... 45
Tabela 3 - Principais funções de ligação ................................................................... 68
Tabela 4 – Condições meteorológicas na cidade durante o período de coleta no LI –A .................................................................................................................................. 84
Tabela 5 – Condições térmicas médias do experimento no LI – A ............................ 85
Tabela 6–Condições meteorológicas na cidade durante o período de coleta no LI – B .................................................................................................................................. 92
Tabela 7 – Condições térmicas médias do experimento no LI – B ............................ 92
Tabela 8 – Condições meteorológicas na cidade durante o período de coleta no LI – .................................................................................................................................. 99
Tabela 9 – Condições térmicas médias do experimento no LI –C .......................... 100
Tabela 10 – Condições meteorológicas na cidade durante o período de coleta no LI – D .............................................................................................................................. 107
Tabela 11 – Condições térmicas médias do experimento no LI – D ....................... 108
Tabela 12 – Condições meteorológicas na cidade durante o período de coleta no LI –E .............................................................................................................................. 115
Tabela 13 – Condições térmicas médias do experimento no LI – E ........................ 115
Tabela 14 – Condições meteorológicas na cidade durante o período de coleta no LI – F .............................................................................................................................. 122
Tabela 15 – Condições térmicas médias do experimento no LI – F ........................ 122
Tabela 16 – Condições meteorológicas na cidade durante o período de coleta no LI – G ............................................................................................................................. 130
Tabela 17 – Condições térmicas médias do experimento no LI – G ....................... 130
Tabela 18 – Resultados dos testes de normalidade para o desvio residual ............ 148
Tabela 19 – Mudança percentual para os modelos ajustados ................................ 150
LISTA DE ABREVIATURAS
α Absortividade
σ Constante de Stefan-Boltzmann em W/m2.K4
A Área de transferência de calor em m2
ADu Área Dubois em kg.m
ATP Trifosfato de adenosina
BPR-5 Bateria de Prova de Raciocínio
C Perda de calor por convecção pela pele em W/m2
Cres Perda de calor sensível na respiração, por convecção em W/m2
ICL Resistência térmica das vestes em clo
ICT Inovações Tecnológicas de Comunicação e Informação
Ε Emissividade em W/m2
Eevap Quantidade de calor perdido por evaporação, em W/m2
Eres Perda de calor latente pela respiração, por evaporação em W/m2
Edif Perda de calor por evaporação por difusão, nas partes enxutas do corpo em W/m2
ES Perda de calor por evaporação, nas partes molhadas do corpo em W/m2
EPNs Escore-Padrão Normalizados
FL Fator de redução de calor latente, adimensional
Fs Fator de redução de calor sensível, adimensional
G Radiação incidente em uma superfície em W/m2
hc Coeficiente de convecção, em W/m2°C
he Coeficiente de evaporação, em W/m2 kPa
J Radiosidade em W/m2
K Condutividade térmica, em W/m°C
LI Laboratório de Informática
M Metabolismo, em W/m2
MLGs Modelos Lineares generalizados
ρ Refletividade de um material
P Massa em kg
PMV Predicted Mean Vote
PMPB Polícia Militar da Paraíba
PPD Predicted Percentage Dissatisfied em %
Pa Pressão do vapor de água do ar úmido em kPa
Pas Pressão do vapor saturado para uma mesma temperatura e mesma
pressão atmosférica total, em kPa
Pvs Pressão de vapor de água saturado, em kPa
Pv Pressão de vapor de água contido no ar, em kPa
q Energia emitida por unidade de área da superfície em W/m2
qcd Quantidade de calor transmitida por condução em W/m2
qcv Quantidade de calor transmitida por convecção em W/m2
R Perda de calor por radiação em W/m2
RA Raciocínio Abstrato
RE Raciocínio Espacial
RI Revisão Integrada
RM Raciocínio Mecânico
RN Raciocínio Numérico
RQ Quociente respiratório, correspondente à relação entre o volume de CO2 produzido e O2 consumido
RS Revisão Sistemática
RV Raciocínio verbal
SBS Sick Building Syndrome
τ Transmissividade
T Trabalho externo em W/m2
Ta Temperatura do ar, em °C
Tbs Temperatura de bulbo seco em °C
Tbu Temperatura de bulbo úmido em °C
Tg Temperatura de globo em °C
Trm Temperatura radiante média do ambiente, em °C
Ts Temperatura da superfície, em °C
TF Temperatura do fluido, em °C
Tp Temperatura da pele, em °C
Tm Temperatura exterior média mensal, em °C
Tmp Temperatura exterior exponencialmente ponderada em °C
Top Temperatura operativa em °C
UR Umidade relativa em %
UV Ultravioleta em nm
v Velocidade do ar, em m/s
VO2 Oxigênio consumido
vr Velocidade relativa do ar em m/s
Z Altura em m
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1:INTRODUÇÃO ...................................................................................... 1
1.1.Delimitação do tema .............................................................................................. 1
1.2.Justificativa ............................................................................................................ 5
1.3.Objetivos ............................................................................................................... 8
1.3.1. Objetivo Geral ................................................................................................... 8
1.3.2. Objetivos Específicos........................................................................................ 8
1.4.Estrutura do projeto de dissertação ....................................................................... 9
CAPÍTULO 2:REVISÃO SISTEMÁTICA................................................................... 10
2.1.Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses
(PRISMA)...................................................................................................................11
2.2.Resultados da Revisão Sistemática .................................................................... 12
CAPÍTULO 3:FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .......................................................... 24
3.1.Definição de Calor ............................................................................................... 24
3.1.1 Mecanismos de Transmissão de Calor ............................................................ 26
3.2.A fisiologia da termorregulação humana ............................................................. 31
3.3.Balanço Térmico ................................................................................................. 34
3.4.Conforto Térmico ................................................................................................. 37
3.4.1. Condições de Conforto Térmico ..................................................................... 40
3.4.2. Variáveis que influenciam no Conforto Térmico ............................................. 41
3.5.Radiação Térmica ............................................................................................... 50
3.5.1. Corpo Negro ................................................................................................... 54
3.6.Desempenho ....................................................................................................... 57
3.6.1. Aprendizagem, inteligência e bateria de provas de raciocínio ........................ 60
3.7.Modelos Lineares Generalizados ........................................................................ 65
CAPÍTULO 4:PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ........................................... 69
4.1.Natureza e classificação da Pesquisa ................................................................. 69
4.2.Variáveis e indicadores ....................................................................................... 70
4.3.População e amostra .......................................................................................... 71
4.4.Instrumentos da coleta de dados ........................................................................ 72
4.4.1. Variáveis Térmicas ......................................................................................... 72
4.4.2. Desempenho dos estudantes ......................................................................... 75
4.4.3. Análise dos elementos arquitetônicos............................................................. 76
4.5.Tratamento dos dados......................................................................................... 78
4.6.Modelagem matemática ...................................................................................... 79
4.7.Considerações éticas .......................................................................................... 79
CAPÍTULO 5:RESULTADOS E DISCUSSÕES ....................................................... 80
5.1.Instituição A – Teresina, Piauí ............................................................................. 81
5.2.Instituição B – Florianópolis, Santa Catarina ....................................................... 88
5.3. Instituição C – Brasília, Distrito Federal.............................................................. 96
5.4. Instituição D – Petrolina, Pernambuco............................................................... 104
5.5. Instituição E – São Carlos, São Paulo............................................................... 111
5.6. Instituição F – Manaus, Amazonas................................................................... 118
5.7. Instituição G – João Pessoa, Paraíba............................................................... 126
5.8. Análise da troca de calor por radiação............................................................... 134
5.9. Análise global do desempenho......................................................................... 137
5.10. Análise dos elementos arquitetônicos............................................................. 138
5.11. Modelagem matemática.................................................................................. 145
CAPÍTULO 6:CONCLUSÕES ................................................................................. 152
6.1.Sugestões para estudos futuros ........................................................................ 155
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 157
ANEXO 1- PARECER DO COMITÊ DE ÉTICA ...................................................... 172
ANEXO 2- TABELA DE CORRELAÇÕES ............................................................. 174
APENDICE A........................................................................................................... 175
1
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
1.1. Delimitação do tema
A preocupação do homem com seu conforto e bem-estar cresce
proporcionalmente com sua evolução temporal. Quanto mais evoluídos tornam-se os
indivíduos, mais exigentes eles ficam em relação ao seu bem-estar. De acordo com
Arantes (2011), desde os primórdios da humanidade o ser humano buscou, ainda que
de forma rudimentar, a partir da utilização de meios e elementos disponíveis em seu
ambiente, proteger-se de intempéries climáticas e ambientais. Visava, em suas
construções, a soluções que amenizassem as sensações de calor, frio, umidade e
secura do ar.
Conforme Batiz (2009) a busca pelo bem-estar físico, fisiológico e psicológico
humano vem de longa data, porém apenas nas últimas décadas têm se intensificado
os estudos dos efeitos do conforto térmico sobre as pessoas em ambientes internos.
Para Rupp et al. (2015) o campo da pesquisa em conforto térmico nos últimos anos
tem atraído a atenção de muitos pesquisadores devido ao aumento da discussão
pública sobre as alterações climáticas do planeta.
Para manter-se em pleno funcionamento, protegendo suas funções
fisiológicas, o ser humano dispõe de um sistema termorregulador que possui
mecanismos que promovem a regulação de seu equilíbrio interno como um todo. Por
esta razão, as variáveis ambientais, como temperatura, umidade, velocidade e
qualidade do ar, iluminação e ruído se apresentam como fatores condicionantes para
proporcionar o bem-estar, a segurança e, consequentemente, a qualidade das
atividades desempenhadas pelos indivíduos (DJONGYANG et al., 2010;
VASCONCELOS,2015).
O controle do calor produzido e o liberado realizado por esse sistema
termorregulador asseguram a homeotermia corporal, ou seja, que a temperatura
interna do corpo permaneça constante a 37°C, protegendo assim os seus órgãos
internos. Qualquer variação na temperatura do corpo aciona mecanismos de
regulação de forma a garantir o equilíbrio térmico do mesmo.
As pesquisas relacionadas ao conforto térmico têm o propósito,
principalmente, de analisar e estabelecer condições essenciais para a avaliação e
2
concepção de um ambiente térmico adequado às atividades humanas, além de
estabelecer princípios e métodos para uma minuciosa análise térmica de um
ambiente.
Os edifícios em geral têm como principal objetivo proporcionar um ambiente
saudável e confortável para seus ocupantes. A crescente quantidade de tempo que
as pessoas passam no interior de edifícios é significante. Arquitetos e engenheiros
pensam cada vez mais em maneiras de melhorar o conforto térmico do ambiente já
que é imperativo considerar que as pessoas passam entre 80% e 90% do seu dia
dentro de escritórios, edifícios e habitações domiciliares (RUPP et al., 2015;
STESKENS e LOOMANS, 2010).
Em se tratando de escritórios e locais de trabalho em geral, avalia-se que o
custo humano represente cem vezes mais que o custo energético das edificações, o
que torna o desempenho das pessoas em seu trabalho significativamente importante
para melhoria do fator produtividade nas organizações como um todo (OLESEN,
2005). As condições ambientais podem representar maior influência sobre a
produtividade dos trabalhadores quando comparada à insatisfação e o stress no
trabalho, o que justifica o custo-benefício de se investir em sua melhoria (SILVA,
2013).
O conforto térmico é um fator imprescindível para a qualidade de um ambiente
interno, seja de residências, escritórios ou salas de aulas. Ele está intimamente
relacionado com o consumo de energia das instalações, com a produtividade dos
ocupantes e, no caso das instalações escolares, com o desempenho e aprendizagem
de estudantes (WONG et al., 2014).
De acordo com Rodrigues (2009) a promoção de condições de trabalho
adequadas tem sido objeto de uma ampla atuação por parte dos ergonomistas em
ambientes industriais. Os ambientes de ensino/estudo, por não serem vistos como um
ambiente laboral foram durante muitos tempos eximidos de qualquer preocupação
maior com o estabelecimento de condições ambientais favoráveis, tendo sido apenas
ponderadas obrigações legais e adotados sobre a matéria alguns conhecimentos da
prática.
Uma educação de qualidade é uma necessidade primordial para garantir o
progresso da humanidade através do desenvolvimento intelectual e social do ser
3
humano. Tal importância leva à necessidade de garantir as melhores condições
possíveis de aprendizagem em todo o sistema de ensino. Nesse sentido, conforme
Silva (2013), o conforto térmico propiciado pelo ambiente interior das salas de aula,
laboratórios e demais ambientes de aprendizagem, ganha especial relevo,
apresentando-se, segundo recentes estudos já realizados, como um parâmetro capaz
de influenciar significativamente o desempenho escolar dos estudantes.
Além disso, o fato de cada estudante universitário durante 10 meses a cada
ano, num período de 5 anos aproximadamente, passar grande parte do seu dia no
interior de um ambiente de ensino torna esta questão também passível de uma
avaliação em termos de saúde e bem-estar. Assim, para Rodrigues (2009) este
ambiente deve ter condições adequadas para a promoção do conforto da comunidade
educativa numa perspectiva de equidade entre os educandos.
Segundo Mueller (2007), a aprendizagem é um processo dinâmico e
complexo, que ocorre em qualquer tipo de ambiente. Pesquisas, entretanto, apontam
que espaços escolares com alta qualidade ambiental refletem diretamente no
desempenho dos estudantes. A qualidade do ar interno é essencial para a saúde dos
estudantes; a iluminação natural é importante para a melhor absorção do aprendizado;
a temperatura, a umidade e os níveis de ruído interferem na concentração e no
desenvolvimento da criatividade.
Em se tratando da temperatura, Monteiro et al. (2010) relata que muitas vezes
um indivíduo não percebe quando o clima de um ambiente interno está confortável,
mas quando ocorre o contrário, o indivíduo identifica imediatamente quando o clima
do ambiente está muito quente ou muito frio. Segundo o mesmo autor, a garantia de
um clima confortável no ambiente é, assim, um pré-requisito necessário para a
manutenção do bem-estar, da capacidade física e psíquica. Outros fatores devem ser
observados, sob outro ponto de vista, pois a temperatura do ar externa poderia
influenciar nas condições internas do ambiente.
Conforme relatório do Ministério de Ciência e Tecnologia (2013) sobre
mudanças climáticas há uma expectativa de que a temperatura média do ar em todo
o Brasil fique pelo menos de 3 a 6°C mais elevada no ano 2100 em comparação ao
final do século XX. Para Vasconcelos (2015’) este aumento poderá contribuir para um
esforço adicional do corpo humano para atingir a sensação de conforto térmico e para
4
manter a homeotermia. Dessa forma poderá ocorrer uma maior queda da
produtividade em consequência da redução da atenção e disposição do trabalhador
e, no caso de condições mais agravadas, poderão evoluir para a consequente perda
total da capacidade de realização do trabalho e/ou problemas diversos de saúde
(COUTINHO, 2011).
Apesar desta previsão, a temperatura corporal humana adapta-se ao meio
ambiente, desde que não haja condições extremas. No entanto, conforme Siqueira
(2015) quando há aumento da temperatura proveniente de fontes diferenciadas de
calor no ambiente, geradas por equipamentos como lâmpadas, microcomputadores,
laptops, ou seja, ambientes com inserção de novas tecnologias de comunicação e
informação (News ICT), o cérebro envia ao corpo sinais que induzem reações
termorregulatórias, que têm como objetivo a perda de calor para o ambiente. De
acordo com Blatteis (2011), na perspectiva de ocorrerem acréscimos na temperatura
e na umidade nos ambientes de ensino, os alunos poderão ser submetidos a
alterações nas frequências cardíaca e respiratória, no metabolismo celular, com
reflexos sensíveis na queda do desempenho cognitivo.
Como essas alterações do clima poderão elevar ainda mais a temperatura
média em todas as regiões do Brasil (Pivetta, 2013), e como tem havido uma
crescente inserção de inovações tecnológicas de comunicação e informação (news
ICT) em ambientes de ensino, o que pode colaborar para o aumento da radiação
térmica, torna-se assim importante investigar como esse aumento nestes ambientes
poderá interferir no conforto e desempenho de alunos quando da realização de
atividades cognitivas submetidos à variação da temperatura do ar.
Assim, na equação do conforto formulada por Fanger (1970), o fator de
radiação térmica é representado pela temperatura radiante média (trm), mas seu
impacto sobre o conforto térmico é muitas vezes ignorado. A temperatura de globo é
uma das variáveis das equações para o cálculo da temperatura radiante média e ela
corresponde à temperatura que permite avaliar o nível de radiação térmica das
superfícies existentes em um ambiente (COUTINHO, 2011), donde uma diferença
significativa entre a temperatura de globo e a temperatura do ar pode demonstrar certo
aumento da radiação térmica no ambiente de trabalho. Alfano et al. (2013) menciona
que a temperatura radiante média é uma das variáveis mais importantes na avaliação
5
do conforto térmico, especialmente durante condições climáticas quentes e
ensolaradas.
Desta forma, de acordo com o exposto, o presente trabalho busca responder
ao seguinte problema de pesquisa: “A relação entre a temperatura de globo e a
temperatura do ar (tg-ta), com possível efeito na elevação da temperatura
radiante média (trm), poderá ter repercussão no desempenho cognitivo de
estudantes em ambientes de ensino climatizados providos de inovações
tecnológicas de comunicação e informação (News ICT)? ”.
1.2. Justificativa
Para Xavier (1999) apud Lamberts (2014), a importância do estudo de
conforto térmico está baseada principalmente em três fatores: a satisfação do homem
ou seu bem-estar em se sentir termicamente confortável; a performance humana, visto
que, os estudos mostram uma clara tendência de que o desconforto causado por calor
ou frio reduz a performance humana; a conservação de energia, pois devido à
crescente mecanização e industrialização da sociedade, as pessoas passam grande
parte de suas vidas em ambientes condicionados artificialmente.
A baixa qualidade e os níveis elevados de temperatura do ar têm afetado
negativamente o desempenho de adultos em ambientes de trabalho (NIEMELA et. al.
2002; OLESEN, 2005; AKIMOTO et al., 2010; LAN et al., 2011). De acordo com Sas
e Suarez (2013), condições de saúde e segurança no local de trabalho estão
intimamente associadas com a produtividade e o desempenho das empresas, sendo
um fator essencial para a competitividade.
Em condições de conforto, a produção de calor é praticamente igual a perda
de calor, necessitando de poucos mecanismos de controle da temperatura. Quando
este equilíbrio ocorre a concentração é alta e o corpo opera com a máxima eficiência.
Portanto, ocorre produtividade máxima e redução de acidentes (LUNDGREN et al.,
2013).
O ambiente de ensino é de grande importância para o aprendizado do aluno,
onde o mesmo precisa ter seu nível de concentração satisfatório pois ele permanece
no local, no mínimo, quatro horas, diariamente, podendo este período estender-se
6
ainda por mais horas. Segundo Siqueira, Oliveira e Vieira (2008), além do programa
de ensino, não menos importante para a formação do aluno é a adequação
ergonômica do ambiente, o que envolve determinadas condições de ordem física,
como a limpeza, a organização, a conservação, a iluminação, a temperatura, o ruído
e o mobiliário escolar.
Os edifícios escolares desempenham um papel preponderante dentre os
equipamentos sociais, constituindo-se um dos fundamentos do desenvolvimento
cívico e intelectual. Conforme Coelho (2014), tanto os jardins-de-infância que
albergam a educação pré-escolar; como as escolas e universidades são espaços que
necessitam de atenção especial na conservação do bem-estar e saúde dos seus
alunos, permitindo que estes mantenham um elevado desempenho na sua
aprendizagem.
Muitos estudos enfatizam que o desempenho e a atenção diminuem em
estudantes em desconforto ambiental (SCHNEIDER, 2002 apud MUELLER,2007).
Situações que causam desconforto aos seus usuários, como falta de ventilação
adequada, temperaturas extremas e umidade excessiva em locais com temperaturas
altas podem ser prejudiciais e causar alteração dos batimentos cardíacos, sonolência,
além de outras consequências fisiológicas. Essas situações são intensamente
prejudiciais para o aprendizado e podem provocar apatia e desinteresse pelos estudos
(KOWALTOWSKI,2011). Dessa maneira, para que se efetive o processo de
aprendizagem, o cérebro precisa receber, categorizar, armazenar e integrar as
informações, sendo o espaço escolar - acadêmico o responsável por oferecer essas
condições.
Em relação aos ambientes universitários, conforme Rodrigues (2009), os
alunos desenvolvem tarefas, como num posto de trabalho, por isso é essencial
controlar e otimizar as variáveis ambientais, de forma a evitar situações que diminuam
o bom desempenho dos alunos. O aquecimento do aluno pode gerar cansaço e
sonolência, bem como a redução do desempenho físico e uma maior ocorrência de
erros, enquanto o arrefecimento pode reduzir o estado de alerta e a concentração
(ARGOCKI et al., 2005; KROEMER e GRANDJEAN, 2005).
Desta forma, levando-se em consideração que os ambientes providos de
inovações tecnológicas de comunicação e informação (news ICT), incluindo os de
7
ensino, estão proporcionando maior interação entre as pessoas em qualquer parte do
mundo, contribuindo dessa forma para uma maior flexibilidade na obtenção do
conhecimento, é necessária uma atenção especial para as radiações dissipadas pelas
tecnologias presentes nestes ambientes.
Conforme Silva (2013), estas radiações são de baixa frequência e são
transformadas em radiação térmica, que somada às do homem, do ambiente e das
variáveis climáticas e pessoais, resultam na elevação total desta radiação no recinto.
Logo, a temperatura do ar pode não ser, necessariamente, a variável mais
representativa, mas, apenas mais um parâmetro a se levar em consideração em
conjunto com todas as outras variáveis envolvidas no fenômeno. Segundo pesquisa
realizada por Halawa et al. (2014), a maior parte dos trabalhos publicados atribui o
nível de conforto térmico dos ambientes apenas à temperatura de bulbo seco
(temperatura do ar), sem levar em consideração a influência de outras variáveis do
conforto. Nas últimas revisões da literatura sobre pesquisas e práticas de conforto
térmico (RUPP, 2015; DE DEAR et al., 2013; VAN HOOF,2008) o campo de radiação
térmica tem recebido pouca atenção, o que, em grande parte, tem limitado o
desenvolvimento de estudos nessa área.
De acordo com Langner et al (2013) os estudos de conforto térmico em
ambientes fechados têm sido muitas vezes limitados à suposição de que a
temperatura radiante média é igual à temperatura do ar. Eventuais diferenças entre a
temperatura do ar e a temperatura radiante média podem influenciar na avaliação do
conforto térmico daquele ambiente. Para os autores subestimar a temperatura
radiante média poderia afetar a avaliação do estresse de calor do ambiente interno,
através, por exemplo, das variações de índices térmicos.
Para Sas e Suarez (2013) a implantação de novas tecnologias de
comunicação e informação (news ICT) em ambientes de ensino tem a capacidade de
mudar a forma como o trabalho é realizado e o seu ambiente. Entretanto, as mudanças
relacionadas a estas inovações além de trazerem grandes possibilidades de melhorias
no mundo do trabalho, também trazem consigo alguns riscos para saúde e segurança
do trabalhador.
A incidência e aumento da radiação térmica, com reflexos no conforto térmico,
de um ambiente pode ainda estar associada ao projeto arquitetônico. Para Walikewitz
8
et al. (2015) diferentes características do ambiente construído (exposição das
paredes, materiais de construção, tamanho do ambiente e das janelas) podem
também desempenhar um papel fundamental na determinação do clima interno e na
incidência de radiação térmica em um ambiente devendo-se, portanto serem levados
em consideração.
Tendo em vista a subjetividade dos julgamentos sobre percepção térmica por
parte dos indivíduos, e mais especificamente dos estudantes, observa-se a
necessidade de quantificar os efeitos do desconforto térmico sobre o desempenho
dos mesmos, principalmente quando os ambientes destes alunos são providos de
inovações tecnológicas de comunicação e informação (news ICT), aumentando assim
a carga térmica do ambiente.
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo Geral
Investigar se a relação entre a temperatura de globo e a temperatura do ar
(Tg-Ta), com possível efeito na elevação da Trm, poderá ter repercussão no
desempenho cognitivo de estudantes em ambientes inteligentes de ensino (News ICT)
em áreas das regiões brasileiras.
1.3.2. Objetivos Específicos
a) Realizar medições das variáveis térmicas em cada ambiente de ensino;
b) Avaliar o desempenho dos alunos através de funções cognitivas utilizadas em
processos de aprendizagem nos ambientes de ensino;
c) Analisar o comportamento da temperatura radiante média e da temperatura de
globo em relação à temperatura do ar em cada instituição;
d) Analisar sucintamente os aspectos positivos e negativos dos elementos
arquitetônicos de cada ambiente onde ocorreram as coletas;
9
e) Comparar o desempenho, os elementos arquitetônicos e a variação das
diferenças entre a temperatura de globo e a temperatura do ar nos ambientes de
ensino em cada região brasileira.
1.4. Estrutura da Dissertação
Esta dissertação foi estruturada em seis capítulos, além das referências.
Neste primeiro capítulo introdutório, apresentou-se o contexto em que o trabalho
encontra relevância, sua justificativa e seus objetivos principais.
No capítulo que se segue, o capítulo 2, denominado Revisão Sistemática,
apresenta a metodologia utilizada neste trabalho para a revisão da literatura bem
como seus resultados. Trata-se do levantamento de estudos relacionados ao tema da
dissertação com o intuito de verificação do que vem sendo estudado e quais as
lacunas que necessitam ser preenchidas, através do aprofundamento de pesquisas
sobre a matéria. Este capítulo foi construído concominantemente aos demais
capítulos.
O capítulo 3 aborda o Estado da Arte do tema da dissertação que auxiliará no
entendimento das questões relacionadas ao objeto de estudo deste trabalho. Para tal,
estabelece-se uma síntese do conhecimento nos seus domínios específicos.
O capítulo 4, denominado Procedimentos Metodológicos, detalha a
metodologia utilizada para a condução deste estudo, desde o planejamento da
pesquisa até os procedimentos que serão utilizados na coleta e no tratamento dos
dados que serão coletados.
O capítulo 5 apresenta os resultados adquiridos através da tabulação e
análise dos dados obtidos em campo, bem como as principais análises gerais e
comparativas do desempenho, dos elementos arquitetônicos, da temperatura radiante
média e da variação das diferenças entre a temperatura de globo e a temperatura do
ar entre todas as instituições de ensino participantes deste presente trabalho.
Por fim, o capitulo 6 apresenta as considerações finais sobre a pesquisa e
propostas para futuros desdobramentos. Nas referências são listados os livros, os
artigos, as obras, as leis e normas que serão utilizadas, bem como os sites
consultados para construção desta dissertação.
10
CAPÍTULO 2: REVISÃO SISTEMÁTICA
Existem diversos tipos de revisões bibliográficas na literatura científica, dentre
elas as revisões integradas e sistemáticas. Essas revisões bibliográficas buscam
evidências científicas e atualizações de um determinado tema de estudo. A principal
característica que as distinguem é a forma como estas abordam o objeto de pesquisa
e a motivação que o autor tem para realizar um levantamento da literatura científica
sobre determinado tema.
Segundo Oliveira (2014) enquanto as revisões sistemáticas (RS) buscam a
melhor evidência, por exemplo, sobre a eficácia de intervenção para determinado
problema, a revisão integrada (RI) busca toda evidência literária sobre determinado
tema. Dessa forma, enquanto a revisão integrada pauta-se em uma metodologia
ampla e abrangente, que permite fazer generalizações sobre uma temática, a revisão
sistemática é um método específico, sistematizado e detalhado de abordagem do
objeto de pesquisa, permitindo identificar, analisar e sintetizar a evidência científica a
fim de se obter uma apreciação crítica a respeito do objeto pesquisado.
Devido ao grande número de produções científicas sobre diversos temas e a
necessidade de sintetizar grande quantidade de informações, tem sido requerida a
realização da revisão sistemática da literatura, que seja capaz de captar, reconhecer,
avaliar e sintetizar as evidências científicas a fim de fundamentar as pesquisas
estudadas.
Para Pereira e Bachion (2010), a revisão sistemática é uma maneira de
apropriar-se das melhores evidências externas. É uma metodologia rigorosa proposta
para identificar os estudos sobre um tema, avaliar a qualidade, validade e
aplicabilidade dos estudos e disponibilizar sua síntese.
É necessário elaborar um protocolo de RS que detalhe as etapas
metodológicas a serem percorridas, promovendo a transparência dos métodos e
processos. Portanto um protocolo de RS deve contemplar o problema de estudo;
objetivos; justificativa da realização da RS; detalhes sobre a busca e seleção dos
estudos nas bases de dados; critérios de inclusão e seleção dos estudos; a forma de
avaliação segundo critérios específicos; formas de extração e apresentação de
resultados.
11
É recomendado que se realize uma busca preliminar relacionada à área de
interesse para identificar quais são as palavras-chaves mais utilizadas pelos autores
para indexar seus estudos em bases de dados. Esta pesquisa deve ser realizada
utilizando os termos mais amplos e depois os específicos. Após sintetizar uma série
de palavras-chaves, estes termos são compilados segundo uma lógica boolerana
(AND, OR, NOT) para criar um conjunto de resultados que deve conter os estudos
relacionados com o tema desejado.
Na RS é importante que os estudos sejam selecionados com base em critérios
de inclusão e exclusão pré-estabelecidos. Faz-se a seleção dos estudos levantados
nas bases de dados pelo título e pelo resumo. Uma avaliação da qualidade de um
estudo requer uma análise cuidadosa dos métodos utilizados na pesquisa. Estudos
de baixa qualidade ou questionáveis devem ser excluidos, pois isto reduz o risco de
erros e vieses nos resultados da revisão.
Desta forma, este capítulo apresenta a metodologia para a construção da
revisão sistemática e o resultado desta revisão sobre o assunto estudado, na intenção
de verificar o que vem sendo pesquisado e estudado sobre o tema e quais as lacunas
que precisam ser preenchidas.
2.1. Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses
(PRISMA)
Estudiosos fizeram um levantamento de metanálises realizadas durante os
anos de 1980 a 2000 e chegaram a um consenso de critérios específicos que esses
estudos deveriam conter (MULROW,1987). Foi desenvolvido em 1996 o QUOROM
Statement (Quality Of Reporting Of Meta-analyses), que focava na metanálise de
ensaio clínico randonizado (ECR). Posteriormente este instrumento foi renomeado de
PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses), em
que foram atualizados critérios de carater conceitual e práticos para a elaboração de
uma RS com ou sem metanálise.
O PRISMA conforme Moher (2009) foi desenvolvido em uma reunião em
Ottawa, no ano de 2005, com duração de três dias. Nesta reunião estavam presentes
29 autores de Revisões Sistemáticas, médicos, clínicos, metolólogos, editores e
12
leitores com a finalidade de ampliar e revisar a lista de recomendações do instrumento
QUOROM. Finalizada a reunião, o PRISMA foi apresentado e avaliado por vários
especialistas até chegar a um consenso definitivo. O novo instrumento metodológico
de revisão sistemática consistia de uma lista de verificação de 27 itens e um diagrama
de fluxo da RS composta por quatro fases. Itens considerados essenciais para uma
informação transparente sobre uma revisão sistemática foram incluídos na lista de
verificação. O diagrama de fluxo originalmente proposto por QUOROM também foi
modificado para mostrar números de registros identificados, artigos excluídos e
estudos incluídos.
O objetivo do PRISMA para Oliveira (2014) é aumentar o rigor metodológico
no desenho, na realização e nas sínteses dos resultados de uma RS com ou sem
metanálise. O PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-
Analyses) é uma diretriz que tem como objetivo ajudar autores a melhorarem a
qualidade do relato dos dados da RS. Ajuda também a orientar na avaliação crítica de
uma revisão e de uma metanálise já publicada.
2.2. Resultados da Revisão Sistemática
A revisão sistemática baseada no método PRISMA foi realizada durante o
período de abril de 2015 a dezembro de 2016 com o propósito de identificar os estudos
existentes sobre o tema utilizando-se de uma seleção de artigos para análise e
identificação de informações. As bases de dados utilizadas para obtenção dos artigos
foram Web of Science, Science Direct e Portal Capes. Foram utilizadas para a
pesquisa a conjugação de várias palavras chaves de interesse, tais como: "thermal
comfort” and “thermal radiation’’; "thermal radiation” and “performance’’; "mean radiant
temperature” and “performance’’; thermal comfort’’ and "mean radiant temperature";
"air temperature” and “performance’’ ;“globe temperature” and “air temperature”; "non-
ionizing radiation” and “health’’; "electromagnetic fields” and “low-frequency’’; “thermal
load”.
A estratégia de pesquisa utilizou como filtros: idioma - artigos publicados em
inglês, português, espanhol e francês - e data de publicação – artigos dos últimos 10
anos. Foram considerados como critérios de inclusão estudos realizados com
13
participação de seres humanos, em ambientes internos, abordando o desempenho
cognitivo, radiação térmica, temperatura radiante média e temperatura de globo. Os
critérios de exclusão considerados foram trabalhos realizados com equipamentos,
materiais ou animais; trabalhos que abordavam apenas conforto térmico ou radiação
ionizante; experimentos em ambientes externos e artigos com fator de impacto inferior
a 0,8. Também foram incluídos artigos encontrados aleatoriamente.
Os resultados de cada etapa da pesquisa por meio do método PRISMA, bem
como as justificativas de exclusão estão sumarizados na figura 1.
Figura 1- Fluxo do Prisma
Fonte: Adaptado de Moher et al. (2009)
Pela análise da figura 1 percebe-se que muitos dos artigos realizados na área
de conforto térmico não dão tanta ênfase à temperatura radiante média e à radiação
14
térmica. Obteve-se assim uma amostra final de 22 artigos, que estão catalogados, em
ordem cronológica no quadro 1, apresentando autor, título, ano, periódico e fator de
impacto quando houver.
Quadro 1 – Artigos selecionados na revisão sistemática
Autor Título Ano Periódico Fator de Impacto
Sorensen, D. N. Radiation between segments
of the seated human body. 2002
The 8th international
conference on air
distribution in rooms
-----------
OLESEN, B.W.;
PARSONS,
K.C.
Introduction to thermal comfort
standards and to the proposed
new version of EN ISO 7730
2002 Energy and Buildings 2.97
ATMACA et al. Effects of radiant temperature
on thermal comfort. 2007
Building and
Environment 1.19
LAN et al.
Neurobehavioral approach for
evaluation of office workers’
productivity: The effects of
room temperature
2009 Building and
Envinonment 3.39
SAGE, C.;
CARPENTER,
D.O.
Public health implications of
wireless technologies. 2009 Pathophysiology 1.87
KANG et al.
Effect of MRT variation on the
energy consumption in a PMV-
controlled office.
2010 Building and
Environment 2.12
AKIMOTO et al.
Thermal comfort and
productivity- Evaluation of
workplace environment in a
task conditioned office
2010 Building and
Environment 2.12
HWANG,R.L.;
SHU,S.Y.
Building envelope regulations
on thermal comfort in glass
facade buildings and energy-
saving potential for PMV-
based comfort control
2011 Building and
Environment 2.40
MULLER et al.
Acute cold exposure and
cognitive function: evidence
for sustained impairment.
2012 Ergonomics 1.44
15
KALMÁR,
F.;KALMÁR, T.
Interrelation between mean
radiant temperature and room
geometry
2012 Energy and Buildings 2.97
ALFANO et al.
On the measurement of the
mean radiant temperature and
its influence on the indoor
thermal environment
assessment. Building and
Environment.
2013 Building and
Environment. 2.70
SARBU, I.;
SEBARCHIEVI
CI, C.
Aspects of indoor
environmental quality
assessment in buildings.
Energy and building
2013 Energy and Buildings 2.97
CUI et al.
Influence of indoor air
temperature on human
thermal comfort, motivation
and performance
2013 Building and
Environment 2.70
LUNDGREN et
al.
Effects of Heat Stress on
Working Populations when
Facing Climate Change.
2013 Industrial Health 1.53
WARGOCKI, P.;
WYON, D. P
Providing better thermal and
air quality conditions in
school classrooms would be
cost-effective
2013 Building and
Environment 2.70
THORSSON et
al.
Mean radiant temperature- A
predictor of heat related
mortality
2014 Urban Climate 3.15
HALAWA et al.
The impacts of the thermal
radiation field on thermal
comfort, energy consumption
and control—A critical
overview.
2014
Renewable and
Sustainable Energy
Reviews
6.79
VASCONCELO
S et al.
Relação entre variáveis
térmicas e desempenho. Um
estudo com estudantes da
Academia de Polícia Militar do
Estado da Paraíba.
2015 Editora Novas
Edições Acadêmicas -----------
16
O gráfico 1 apresenta a distribuição dos artigos selecionados ao longo dos
anos de 2006 a 2017. Nota-se que foram incluídos no gráfico dois artigos aleatórios
encontrados do ano de 2002. Dessa forma, percebe-se que o ano que mais houve
artigos publicados na área foi o ano de 2013, constatando-se assim o interesse maior
nos últimos 5 anos pelo tema proposto.
Gráfico 1 – Distribuição dos estudos ao longo dos anos
Fonte: Autora (2016)
WALIKEWITZ et
al.
The difference between the
mean radiante temperature
and the air temperature within
indoor environments: A case
study during summer
conditions
2015 Building and
Environment 3.39
AHN at al.
Effect of LED lighting on the
cooling and heating loads in
office buildings
2015 Applied Energy 5.74
ARSLANOGLU,
N.; YIGIT,A.
Experimental and theoretical
investigation of the effect of
radiation heat flux on human
thermal comfort
2016 Energy and Buildings 2.97
SHIMAZAKI at
al.
The effect of solar radiation on
temperature distribution in
outdoor human–clothing–
environment systems
2017
International Journal
of Heat and Mass
Transfer
2.85
17
O gráfico 2 mostra o número de artigos por periódicos que mais publicaram
sobre o tema. Observa-se que os periódicos com maior número de artigos
selecionados na presente dissertação foram o Building and Environment e Energy and
Buildings.
Gráfico 2 – Número de artigos selecionados por periódicos
Fonte: Autora (2016)
O conforto térmico é determinado pelo efeito combinado de seis parâmetros:
temperatura, umidade do ar, radiação térmica, velocidade relativa do ar, atividades
pessoais e nível de vestimenta tal como formulado por Fanger (1970) através de sua
equação de conservação de calor. No entanto, segundo pesquisa realizada por
Halawa et al. (2014), a maior parte dos trabalhos publicados atribui o nível de conforto
térmico dos ambientes apenas à temperatura de bulbo seco do ar, sem levar em
consideração a influência de outras variáveis do conforto. Conforme esse autor, na
equação formulada por Fanger (1970), o fator de radiação térmica aparece como a
temperatura radiante média (trm), mas seu impacto sobre o conforto térmico é muitas
vezes ignorado.
Os padrões de conforto existentes, que são geralmente interpretados e
servem de orientação principal para a construção de projetos, não mencionam
claramente o efeito da temperatura radiante média. Apesar da importância de
considerar os efeitos de radiação térmica, existem representações gráficas de
conforto térmico em normas tais como ASHRAE 55(2010) que não mostram
claramente o efeito da temperatura radiante média, o que corrobora que ela é muitas
18
vezes negligenciada devido à sua complexidade e limitações práticas (HALAWA,
2014).
O estudo realizado por Halawa et al. (2014) proporcionou uma visão crítica
dos impactos da presença do campo da radiação térmica no conforto térmico, no
controle e no consumo de energia dos edifícios. Esta visão crítica mostrou que o
campo da radiação térmica é um parâmetro essencial do conforto térmico. Em
períodos de temperaturas mais altas, a temperatura radiante média impõe uma carga
de refrigeração adicional para um espaço com ar condicionado, a fim de manter os
ocupantes termicamente confortáveis.
A temperatura radiante média é um significante fator de escala, especialmente
em edifícios cujos envelopes construtivos são expostos a uma forte radiação solar no
qual o controle de temperatura e umidade interna convencional não podem garantir o
conforto térmico interior. Os envelopes construtivos são os principais fatores de uma
eficiência energética do ambiente construído e do conforto térmico dos que ali se
encontram, uma vez que eles representam uma espécie de “pele” no corpo do edifício.
(ATMACA et al., 2007; ALFANO et al., 2013).
Kang et al. (2010) investigou a potencial economia de energia em um
ambiente de escritório controlado. Um estudo de simulação comparativo entre o
conforto térmico controlado e um termostato convencional foi realizado em um prédio
com fachadas de vidro onde as mudanças na temperatura externa e a radiação solar
ao longo do dia afetavam a temperatura radiante e o conforto térmico do ambiente.
Para avaliar o desempenho térmico no espaço controlado foi utilizado um controlador
de conforto térmico com base no Predicted Mean Vote (PMV). Os resultados
mostraram que o consumo de energia em um espaço de conforto térmico controlado
é mais afetado por uma alteração na temperatura radiante média do que no espaço
controlado por um termostato convencional. A potencial economia de energia no
ambiente de conforto térmico controlado aumenta com condições de temperatura
radiante média baixa.
Na investigação realizada por Arslanoglu e Yigit (2016) foi apresentado um
estudo teórico e experimental sobre o conforto térmico no interior de uma câmara
climática sob o efeito da radiação advinda de lâmpadas de iluminação de centros
comerciais. Os experimentos foram realizados em uma sala de laboratório com ar
19
condicionado em ambos os períodos de verão e outono. Os resultados experimentais
e de simulação mostraram que o fluxo de calor por radiação advinda dessas lâmpadas
causa diferenças locais na temperatura da pele e estas diferenças causam
desconforto térmico. Os resultados também mostraram que as áreas do corpo mais
afetadas pela radiação foram os segmentos superiores do corpo, especialmente a
cabeça, que estava mais próxima das lâmpadas. Como resultado deste estudo, o
modelo de simulação pode ser usado para examinar o efeito de lâmpadas de
iluminação no conforto térmico e contribuir para a determinação do conforto térmico e
eficiência energética em centros comerciais.
Ainda em relação à carga térmica advinda de lâmpadas tem-se que a
iluminação por LED tem o potencial de proporcionar economia de energia, maior
eficiência e maior duração em comparação com outras fontes de iluminação. No
entanto, uma vez que 75-85% da luz da energia elétrica em luzes LED ainda é gerado
como calor, o uso exclusivo de iluminação LED em um edifício pode ter um efeito
negativo sobre a carga térmica do ambiente (BING, 2012). No estudo realizado por
Ahn et al. (2015) foi analisado as propriedades de aquecimento da iluminação LED e
estabeleceu-se uma estratégia de gestão para explorar propriedades para reduzir a
energia utilizada para aquecimento e resfriamento de edifícios. Usando um programa
de simulação, o consumo de energia de três edifícios foi calculado de acordo com
diferentes fontes de luz. Uma estratégia de controle foi mais aplicável à iluminação
LED do que à iluminação geral fluorescente, especialmente para o resfriamento de
um edifício, porque o uso de um duto de retorno de ar e o dissipador de calor nas
lâmpadas LEDs permitiu que o calor fosse reduzido.
Conforme Sarbu e Sebarchievici (2013), as pessoas passam a maioria do seu
tempo dentro de edifícios. Dessa forma nos edifícios existentes e futuros haverá cada
vez mais um foco crescente na utilização de energia e na qualidade interna do
ambiente. Ambientes internos também afetam a saúde, o desempenho e o conforto
dos seus ocupantes. Também tem sido mostrado que a boa qualidade do ambiente
interior pode melhorar globalmente o trabalho, a produtividade, a capacidade de
aprendizagem e reduzir o absentismo. Estudos recentes (PEREIRA et al. 2014;
OLESEN, 2012) têm mostrado que os custos da baixa qualidade do ambiente interno
para o empregador, para o proprietário do edifício e para a sociedade como um todo,
20
são muitas vezes consideravelmente mais elevados do que o custo da energia
utilizada no mesmo edifício.
Um detalhamento das propriedades da radiação para um manequim térmico
foi previsto numericamente por Sorensen (2002). No estudo, os aspectos relacionados
à radiação entre os segmentos individuais (pescoço, rosto, costas, tórax, ombros,
pélvica, braços, mãos e pernas) de um corpo sentado e entre os segmentos de forma
geral do corpo humano (superfícies externas) foram determinadas e assinalou-se que
a radiação entre os segmentos individuais do corpo é muito importante.
O estudo de Shimazaki et al. (2017) investigou a transferência de calor do
sistema homem – vestimenta – ambiente sob efeito da radiação solar. A transferência
de calor neste sistema foi explicada com base na equação de condução de calor e a
transferência de calor relacionada à radiação solar foi adicionada como a fonte de
geração de calor na superfície da roupa. As distribuições da temperatura dentro da
vestimenta foram previstas com variações na quantidade de radiação solar,
temperatura ambiente, profundidade do espaçamento livre de ar e propriedades
radiativas. Foi constatado que as distribuições da temperatura diferem dependendo
da incidência da radiação solar e também das propriedades radiativas,
particularmente a absorção, indicando que a transferência de calor por radiação deve
ser incluida na avaliação da transferência de calor da roupa, pois a mesma poderá vir
a interferir no conforto térmico e eficiência de desempenho do indivíduo.
Olesen e Parsons (2002) descreveram as normas ISO existentes e atividades
atuais relacionadas ao conforto térmico incluindo projeto, diferença vertical de
temperatura do ar, temperatura do piso e assimetria radiante que causam desconforto
térmico. Vários estudos foram realizados sobre conforto térmico, mas, em grande
parte desses estudos, a temperatura radiante média era assumida como sendo igual
à temperatura do ar do ambiente (Langner et al., 2013; HALAWA et al., 2014;
WALIKEWITZ et al., 2015).
O estudo realizado por Walikewitz et al. (2015), em quatro salas do
Departamento de Geografia da Universidade Humboldt em Berlim, investigou se
existia diferenças significativas entre a temperatura do ar e temperatura radiante
média especialmente em temperaturas mais elevadas de ar e quais seriam as causas
dessas diferenças. Foi constatado que com o aumento da temperatura do ar a
21
temperatura radiante média excedia a primeira em até 1,3 Kelvins. O estudo baseou-
se no pressuposto de que as paredes circundantes não eram uniformes e as
diferenças de temperaturas destas superfícies poderiam influenciar a temperatura
radiante média. A análise das temperaturas da superfície indicou que as salas com
janelas localizadas nas paredes voltadas para o sudeste e o sudoeste mostraram as
maiores disparidades entre Ta e Trm. Dessa forma as análises das razões para
ocorrerem estas diferenças indicaram as características das salas (tamanho e
exposição ao sol das janelas), bem como a incidência de radiação solar como os
principais impulsionadores. Os resultados deste estudo são válidos apenas para
condições de verão, com temperaturas externas altas e radiação solar intensa.
Em dias quentes de verão a transferência de calor por radiação é uma fonte
importante na carga de calor em seres humanos quer seja em ambientes fechados
quer seja em ambientes abertos. Quando o ambiente é fechado parte da radiação
solar absorvida pelas superfícies da construção arquitetônica é conduzida através das
paredes e telhados e transmitida através de janelas aumentando assim a temperatura
do ar interno. Assim a resposta ao fluxo de radiação é em função da construção de
concepção, dos envelopes construtivos do ambiente, das propriedades radiantes e
térmicas dos materiais, do seu isolamento e do sombreamento externo (THORSSON
at al., 2014).
Hwang e Shu (2011) realizaram um estudo sobre as propriedades dos
envelopes dos componentes de construção de edifícios de fachadas de vidro e sua
influência no conforto térmico usando um sistema de controle baseado no PMV. Eles
constataram que o tipo de vidro, as áreas das janelas e os dispositivos de
sombreamento efetivamente contribuíam para o conforto térmico na região de clima
quente e úmido como Taiwan.
Estudo realizado por Kalmar (2012) na Hungria objetivou analisar qual a
influência da geometria de uma sala na temperatura radiante média assumindo
sistemas de aquecimento semelhantes e as propriedades térmicas da envolvente do
edifício. Verificou-se que a temperatura radiante média tem uma variação parabólica
com a altura e comprimento da sala, assim, para uma dada geometria de sala, há uma
dada altura para que a temperatura radiante média seja mínima. Medições realizadas
22
em salas com alturas semelhantes e largura e comprimento diferente validou os
valores calculados.
Para Halawa et al. (2014) as normas existentes de conforto térmico não têm
abordado de forma adequada as questões decorrentes da forte presença do campo
da radiação térmica. O que ocorre quando da construção dos gráficos das normas é
a hipótese simplificadora em que temperatura radiante média é igual à temperatura
do ar.
Em um estudo realizado nos EUA, os indivíduos foram expostos a condições
de frio (10°C) e depois à temperatura de 25 °C. Os autores concluíram que a função
cognitiva foi reduzida durante a exposição ao frio e que essa redução persistiu durante
uma hora, durante o período de reaquecimento (MULLER et al.,2012). Na China, outro
estudo envolvendo dois grupos de indivíduos (um exposto a variações de temperatura
e outro exposto a um ambiente a 26 °C) concluiu que quando a situação térmica do
ambiente se encontrava em desconforto térmico (temperaturas maiores que 28°C)
houve um efeito negativo sobre o desempenho. O estudo recomendou uma faixa
ótima de temperatura para o desempenho de 22°C a 26°C (CUI et al., 2013).
Segundo Lundgren et al. (2013), a variação de poucos graus na temperatura
do ar pode influenciar diversas tarefas, tais como digitação, fabricação,
reconhecimento de sinais, tempo de resposta, aprendizagem, velocidade e
compreensão da leitura, velocidade matemática e memorização, pois altas
temperaturas podem gerar distrações, pelo desconforto, pela fadiga e pela tensão
psicológica.
Para Wargoki e Wyon (2013), a motivação também pode ser um fator
importante de explicação para a ocorrência de um maior efeito negativo no
desempenho em ambientes escolares por razões de desconforto ambiental, do que o
comprometimento do desempenho em escritórios ou outros ambientes profissionais,
em razão das diferenças motivacionais normais entre adultos e crianças. Lan et al.
(2009) observou em seu estudo que pessoas motivadas conseguem manter um nível
de produtividade mais elevado por certo período de tempo quando submetidas a
condições ambientais adversas (calor ou frio).
A elevação da temperatura radiante média de um ambiente interno pode
causar redução da produtividade dos que ali se encontram, visto que, o conforto
23
térmico tem uma significativa influência sobre a produtividade e satisfação dos
ocupantes em um ambiente (AKIMOTO et al., 2010). Em estudo realizado por
Vasconcelos (2015), com cadetes da Polícia Militar da Paraíba (PMPB), ficou
evidenciado que além da temperatura do ar, a temperatura de globo e umidade relativa
do ar também exercem influência no desempenho cognitivo geral.
É imprescindível ainda relatar que a exposição a campos eletromagnéticos de
baixa frequência, como os presentes nos ambientes providos de inovações
tecnológicas de comunicação e informação (News ICT), tem sido associada a uma
variedade de resultados adversos para a saúde que podem ter significativas
consequências na vida dos indivíduos. Os mais graves pontos com reflexos na saúde
que foram relatados associados com a exposição à radiação de frequência
extremamente baixa incluem crianças e adultos acometidos com leucemia, tumores
cerebrais em crianças e adultas, aumento do risco das doenças neurodegenerativas,
doença de Alzheimer e esclerose lateral amiotrófica (SAGE,2009).
Conforme a presente revisão da literatura verificou-se que, apesar de
constatada a importância da influência da radiação térmica, há poucos trabalhos
acadêmicos (principalmente em ambientes internos) envolvendo a relação entre as
variáveis ambientais, desempenho cognitivo e radiação térmica. Por facilidade ou pelo
fato de muitas vezes a temperatura de globo ser igual à de bulbo seco, a grande parte
dos estudos relacionam o conforto térmico apenas à temperatura de bulbo seco do ar,
sem levar em consideração outros fatores, como a radiação térmica.
24
CAPÍTULO 3: FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Esta fundamentação teórica, bem como a revisão sistemática presente no
capítulo anterior, busca demonstrar resultados e teorias sobre a relação entre o
conforto térmico, o desempenho e a radiação térmica. Dessa forma, inicialmente serão
abordados o calor e o processo de troca com o meio, bem como os processos do
corpo para manter a homeostase e o conforto térmico, focando as variáveis que o
influenciam e as formas de avaliação. Também sera abordado em detalhes a definição
de balanço térmico e o que o corpo humano precisa para estar em equilíbrio térmico.
Estes tópicos são importantes para entender como as mudanças climáticas podem
afetar a saúde e o desempenho do indivíduo.
Em seguida, serão abordados itens relativos à radiação térmica e suas
propriedades, no intuito de entender os seus parâmetros, os efeitos da mudança de
temperatura do ar e a influência da realização de atividades. Dentre as atividades,
serão abordadas mais detalhadamente as funções utilizadas no processo de
aprendizagem, bem como a forma de avaliação do seu desempenho. Por fim será
apresentado uma breve discussão sobre a classe de modelos estatísticos que será
aplicado na dissertação que tem por objetivo principal estudar a relação entre as
variáveis. Isto é, que influência uma ou mais variáveis explicativas obtidas em
indivíduos, terá sobre uma variável de interesse.
3.1. DEFINIÇÃO DE CALOR
O calor é representado pelo trânsito de energia provocado por uma diferença
de temperatura sendo o sentido do fluxo de calor da região de maior temperatura para
a região de menor temperatura. De acordo com Verdussen (1978) apud Santos
(2005), o calor é um parâmetro de grande importância quando se busca criar
adequadas condições ambientais de trabalho. Dessa forma, ter conhecimento dos
processos de transmissão de calor e suas definições é imprescindível para realização
das análises térmicas entre o homem e o ambiente. Neste caso, deve-se, inicialmente,
definir o sistema estudado.
Conforme Vasconcelos (2015) sistema pode ser definido como uma
25
quantidade de matéria delimitada para um estudo, não sendo necessário que sua
forma ou o volume seja essencialmente constante. Uma vez que o sistema está
definido, as interações com outros sistemas relevantes podem ser identificadas.
Demarcamos um sistema em função daquilo que desejamos calcular. Tudo
que se situa fora do sistema é chamado meio ou vizinhança. O sistema a ser estudado
é demarcado através de uma fronteira ou superfície de controle a qual pode ser móvel,
fixa, real ou imaginária (figura 2). Como as interações entre sistema e vizinhança
ocorrem através da fronteira, estas devem ser cuidadosamente delineadas, conforme
a conveniência do estudo.
Figura 2 - Definição de Sistema
Fonte: Medeiros (2014)
De acordo com Siqueira (2015) a interação térmica entre o sistema e os
arredores ocorre através da energia que flui de um ponto com maior para outro com
menor temperatura através da fronteira. A taxa de calor é proporcional à diferença de
temperatura entre duas regiões. A temperatura, por sua vez, expressa a agitação
molecular da matéria. No sistema internacional, a temperatura é medida em Grau
Celsius (°C) ou Kelvin (K), enquanto o calor é medido em Joule (J). O fluxo de calor é
medido em Joules por segundo ou Watts (W) (BRADSHAW, 2006; COUTINHO, 2011).
Portanto, o calor é definido como a energia que atravessa a fronteira de um
sistema devido a uma diferença de temperatura entre este e seus arredores, fluindo
no sentido da temperatura mais baixa (BAERHR e STEPHAN, 2011). Dessa forma,
sempre que existir diferença de temperaturas entre um ou mais corpos, os quais
estejam em contato ou quando não estão em contato existirá um fator de forma de um
sobre o outro, deverá ocorrer uma transferência de calor.
26
Arantes (2013), explica que a quantidade de calor liberado pelo organismo
humano varia de acordo com a atividade desenvolvida pelo homem. A dissipação de
calor para o meio ambiente pode ocorrer por trocas secas que são aquelas que
ocorrem em função da diferença de temperaturas entre o corpo e o meio ambiente por
calor sensível, através da condução, convecção e radiação; ou úmidas quando há
mudança de fase através da evaporação onde o suor passa do estado líquido para o
gasoso. Esta classificação também é dada por Bradshaw (2006) onde ele afirma que
existem duas formas de calor: latente e sensível. O calor latente refere-se ao calor
necessário para a mudança de estado físico da matéria (sólido, líquido, gasoso) já o
calor sensível é a expressão da excitação molecular do corpo e é devido
exclusivamente à diferença de temperatura.
3.1.1 Mecanismos de transmissão de calor
A transferência de energia entre a instalação, seus ocupantes e o ambiente,
ocorre por condução, radiação, convecção e evaporação. Os processos térmicos em
seu interior dependem das propriedades dos materiais- absortividade, refletividade,
trasmissividade (CASTRO, 2012). Para Bradshaw (2006), a forma como ocorrerão
estes mecanismos no corpo será determinada por variáveis individuais (metabolismo
e vestimenta) e variáveis do ambiente ao redor (radiação, umidade, temperatura e
velocidade do ar).
3.1.1.1 Condução
Conforme Lamberts et al. (2008) a condução esta relacionada ao transporte
de energia térmica (calor) em um meio sólido devido ao gradiente de temperatura. Iida
(2001) descreve o fenômeno da condução como a troca de calor entre corpos que
estejam em contato e a diferentes temperaturas. Este processo ocorre em sólidos,
líquidos e gases, mas como nos fluidos há processos convectivos, a condução refere-
se somente aos sólidos, pois ocorre sem deslocamento das moléculas, que é a
condição inicial para que haja o processo de condução de energia (CASTRO, 2012).
Logo, a transmissão de calor por condução ocorre quando corpos em
27
diferentes temperaturas estão literalmente encostados um no outro. Segundo Reis
(2008), a energia do corpo de temperatura mais alta agita as moléculas do corpo de
temperatura mais baixa, fazendo com que a energia cinética média das moléculas
deste último se eleve, aumentando assim, sua energia interna. Em consequência, a
temperatura do corpo que está recebendo a energia em forma de calor se eleva até o
estado de equilíbrio.
Este processo de transmissão de calor é diretamente proporcional à área de
transferência e à diferença de temperatura entre as duas regiões do referido corpo e
inversamente proporcional à distância entre elas (figura 3). Também depende da
condutividade térmica que é uma propriedade de cada material. No ser humano, essa
transferência de calor ocorre através das vestimentas, dos calçados e em contato
direto com algum equipamento ou superfície (COUTINHO, 2011; SIQUEIRA,2015).
Figura 3 – Processo de Condução de calor
Fonte: Lamberts et al. (2008)
A equação da taxa de transferência de calor por condução é descrita como
“Lei de Fourier” (REYNOLDS, 1986) que relaciona as grandezas envolvidas na
transferência de calor por condução (equação1).
𝒒𝒄𝒅 = −𝒌𝑨𝒅𝒕
𝒅𝒙 (1)
Onde:
qcd = quantidade de calor transmitida por condução, em W/m2
k = condutividade térmica, em W/m°C
A= área da seção através da qual o calor flui por condução , em m2
dt/dx = gradiente de temperatura na seção em °C/m
3.1.1.2 Convecção
28
A troca de calor por convecção ocorre a partir do movimento da camada de ar
próxima à pele, que contribui para o afastamento do ar quente e sua substituição pelo
ar frio. Conforme Castro (2012) a convecção é um processo pelo qual o calor é
transferido entre a superfície sólida e um fluido em movimento.Essas trocas de calor
envolvem o ar ou um líquido e uma superfície sólida. A transmissão de energia
acontece também das partes quentes para as partes frias de um fluido através da
ação combinada da condução de calor, armazenamento de energia e movimento e
mistura (KREITH, 1973).
Conforme Coutinho (2011) é o processo de transferência de calor entre um
fluido e um sólido que estejam em contato e apresentem diferença de temperatura
(figura 4). A eficiência deste processo está relacionada à diferença de temperatura e
velocidade do ar. Em um fluido, onde a mobilidade das partículas é grande, as
partículas aquecidas pelo contato direto com a superfície sólida tendem a migrar para
locais onde as temperaturas são mais baixas. Essa movimentação de partículas
acarreta a transmissão de energia de uma posição para outra caracterizando a
transferência de calor por convecção (REIS,2008).
Figura 4 – Processo de Convecção de calor
Fonte: Lamberts et al. (2008)
A transferência acontece tanto pelo movimento molecular aleatório quanto
pelo movimento global do fluído. De acordo com Vasconcelos (2015) a transferência
convectiva pode ser classificada como: forçada, quando o escoamento for provocado
por meios externos; ou livre (natural), quando o mesmo se origina pelas forças de
empuxo originadas das diferenças de densidade devido às variações de temperatura
do fluido.
De uma forma geral, a transferência de calor por convecção pode ser
representada pela equação (2):
29
𝒒𝒄𝒗 = 𝒉𝒄𝑨(𝑻𝒔 − 𝑻𝒇) (2)
Onde:
qcv = quantidade de calor transmitida por convecção, em W/m2
hc = coeficiente de convecção, em W/m2°C
A= área de transmissão de calor, em m2
Ts = temperatura da superfície, em °C
Tf = temperatura do fluido, em °C
Conforme Lamberts et al. (2008) o coeficiente de convecção é uma constante
de proporcionalidade que resume as condições nas camadas mais próximas à
superfície, considerando a geometria da superfície, a natureza do escoamento
(laminar ou turbulento) e propriedades do fluído (densidade, viscosidade,
condutividade térmica e calor específico).
Coutinho (2011) afirma que o coeficiente hc varia diretamente com a
velocidade do ar e segundo Djongyang et al. (2010), é dado pelas equações 3 ou 4,
dependendo da velocidade do ar.
hc= 3,5 + 5,2 x vr , se v ≤ 1m/s (3)
hc= 8,7 x vr 0,6, se v ≥ 1m/s (4)
Onde:
v = velocidade do ar, em m/s
vr = velocidade relativa do ar, dada pela equação 5.
vr = v + 0,0052 x (M - 58) (5)
Onde:
M = Metabolismo, em W/m2
3.1.1.3 Radiação
Segundo Comiran (2014) radiação é a transferência de energia radiante
30
através de ondas eletromagnéticas, não dependendo de nenhum meio para se
propagar. Esta energia é emitida continuamente por todos os corpos com temperatura
acima do zero absoluto. Esta capacidade está relacionada à emissividade do material,
ou seja, sua capacidade de emitir calor.
De acordo com Arantes (2013) as trocas de calor por radiação ocorrem
continuamente entre os corpos e/ou meio ambiente, através da irradiação de calor por
ondas eletromagnéticas dos corpos de maior para os de menor temperatura. Dessa
forma, quando um corpo recebe energia radiante, há um aumento de sua temperatura
e também há emissão de energia para as superfícies adjacentes, que é proporcional
à temperatura do corpo (CASTRO,2012). A radiação térmica será abordada em mais
detalhes em tópico posterior.
3.1.1.4 Evaporação
Segundo Frota e Schiffer (2003) a evaporação, troca úmida de calor entre o
meio ambiente e o corpo humano, é a troca térmica ocorrida através da mudança do
estado líquido para o gasoso. Esse fenômeno de troca de calor entre o corpo humano
e o meio ambiente é conhecido como transpiração e, necessita de dispêndio de
energia para ocorrer. Para Padilha (2010), a evaporação é a maneira mais eficiente
de perda de calor do corpo para o meio ambiente, já que a dissipação de calor através
da evaporação de suor retira calor da superfície do corpo.
A evaporação é diretamente proporcional à velocidade do ar e inversamente
proporcional à umidade do ar e do nível de impermeabilidade. Este processo não
desempenha um papel significativo no balanço térmico do corpo a baixas
temperaturas, entretanto, torna-se predominante em altas temperaturas, onde
convecção e radiação não são suficientes para manter as condições de conforto ou
de salubridade térmica (SIQUEIRA, 2015).
Segundo Coutinho (2011) a evaporação é a principal defesa do corpo contra
o calor, pois através da intensificação da produção de suor o corpo permite a perda
de 580 kcal por quilograma de líquido. As perdas por evaporação fazem com que o
corpo se refresque, através da retirada de calor da superfície de onde o líquido é
evaporado (entalpia). Segundo Coutinho (2011), a taxa máxima de evaporação
31
proporcionada por um ambiente pode ser representada pela equação 6.
E= he x (Pvs – Pv) (6)
Onde:
E = quantidade de calor perdido por evaporação, em W/m2
he = coeficiente de evaporação, em W/m2kPa
Pvs = pressão de vapor de água saturado, em kPa
Pv = pressão de vapor de água contido no ar, em kPa
3.2. A FISIOLOGIA DA TERMORREGULAÇÃO HUMANA
O homem é um animal homeotérmico cujo organismo é mantido a uma
temperatura interna sensivelmente constante. Em um organismo saudável, essa
temperatura é mantida entre 36,1 e 37,2°C. Em caso de enfermidade, para
sobrevivência, a temperatura interna do organismo tem como limite inferior 32°C e
como superior 42°C (ANDREASI, 2009; ARANTES, 2013).
Para Blazejczyk et al. (2013) esta propriedade de manutenção da temperatura
corporal é característica de animais homeotérmicos, para assegurar o funcionamento
dos órgãos internos, incluindo o cérebro, otimizando assim o conforto, a saúde e o
desempenho. De acordo com Kroemer e Grandjean (2005), a temperatura do corpo
humano não é uniformemente distribuída. Apesar de a temperatura interna ser
mantida constante, a temperatura da pele pode variar entre 4° a 41°C, de acordo com
a temperatura, umidade e velocidade do ar ao redor.
De acordo com Lamberts (2014) o bom funcionamento do organismo humano
é a condição na qual o mesmo se encontra para que esteja apto a realizar suas
atividades, que podem ser divididas em 2 tipos: atividades basais internas, aquelas
independentes de nossa vontade e suficientes para fazer com que os órgãos de nosso
corpo funcionem, e as atividades externas, que são aquelas realizadas
conscientemente pelo homem através de seu trabalho ou atividade
desenvolvida.Ainda conforme Lamberts (2014), nosso organismo precisa do calor que
é oriundo do metabolismo dos alimentos ingeridos para poder ter condições de
32
desempenhar suas atividades.
O corpo é um sistema que ao receber uma quantidade de calor transforma
parte em trabalho e rejeita o restante (COUTINHO,2011). Assim, a eficiência térmica
do corpo humano é a relação entre a energia transformada em trabalho e o
metabolismo. Portanto uma quantidade de calor tenderia a se acumular no corpo,
transformando-se em energia interna e elevando a temperatura corporal. Todavia,
normalmente isto não ocorre devido aos mecanismos de defesa do organismo.
A maior parte do calor produzido pelo corpo é oriunda de órgãos profundos
como fígado, cérebro e coração, e músculos esqueléticos, sendo transferido destes
para a pele, onde é perdido para o ar e o meio ambiente. A condução do calor para a
pele através do sangue é controlada pelo grau de vasoconstrição das arteríolas e das
anastomoses arteriovenosas que irrigam a pele, em resposta a alterações na
temperatura central do corpo ou na pele (Vasconcelos,2015).
Para Andreasi (2009) esse calor é transferido à pele e da pele para o meio
ambiente, onde a intensidade da perda é determinada pela rapidez com que o calor
pode ser conduzido das partes centrais para a pele e dela para o meio ambiente. Para
isso o fluxo térmico deve vencer o isolamento formado pelos tecidos subcutâneos e
pela gordura neles existente.
Devido ao fato de gerar calor durante a realização de trabalho, o corpo
humano é comparado a uma “máquina térmica”. Dessa forma, segundo Vasconcelos
(2015), o corpo não pode apresentar saldo positivo ou negativo em seu balanço
térmico. Isto porque, o primeiro caso implicaria no aumento da temperatura interna, e
no segundo provocaria a redução dessa temperatura, podendo em ambos os casos
acarretar danos aos órgãos vitais do corpo humano. Para Siqueira (2015) se a
temperatura interna aumenta ou cai além dos limites aceitáveis, ocorre redução das
operações mentais e físicas; se a temperatura vai a extremos, disfunções fisiológicas
severas, até morte, podem acontecer.
O organismo humano reage de diferentes formas às variações bruscas de
temperatura. Sempre que isto ocorre o corpo humano procura se autorregular para
manter o equilíbrio da sua temperatura interna. Mecanismos de termorregulação
mantêm estável a temperatura interna do organismo, visto que, o ganho ou a perda
de calor pode acarretar um desequilíbrio térmico no corpo, provocando danos à saúde
33
ou até mesmo a morte do indivíduo (GOBO ET AL.,2008; MORAIS, 2015).
O responsável pela manutenção da temperatura corpórea normal é o
hipotálamo, uma porção extremamente sensível do cérebro que é estimulado por
mudanças captadas por receptores térmicos em diversas partes do corpo (RUAS,
2001; BRADSHAW, 2006). Nele, encontra-se o sistema de controle central, que regula
a temperatura do corpo ao integrar os impulsos térmicos provenientes de quase todos
os tecidos do organismo. Quando o impulso integrado excede ou fica abaixo da faixa
limiar de temperatura, ocorrem respostas termorreguladoras autonômicas, que
mantêm a temperatura do corpo em valor adequado. Tais impulsos são provenientes
de receptores periféricos existentes na pele e em alguns tecidos profundos específicos
do corpo, encontrados principalmente na medula espinhal, nas vísceras abdominais e
em torno de grandes veias, no abdômen superior e tórax (VASCONCELOS, 2015).
De acordo com Andreasi (2009) experimentos mostraram que a área do
hipotálamo apresenta um número considerável de neurônios sensíveis ao calor, e
cerca de um terço de neurônios sensíveis ao frio, que parecem funcionar como
sensores térmicos no controle da temperatura corporal. Quando o centro de
termorregulação do hipotálamo constata que a temperatura corporal se encontra muito
alta ou muito baixa, aciona mecanismos fisiológicos de controle que vão propiciar o
aumento ou diminuição da mesma, a fim de manter um saldo nulo de calor no corpo
(COUTINHO,2011; BERTON 2013).
Quando o corpo está excessivamente quente, ocorrem a vasodilatação, a
sudorese e a diminuição da produção de calor (GRZYBOWSKI (2004); GUTTON E
HALL, 2011; COUTINHO, 2011; VASCONCELOS, 2015):
Vasodilatação - Em quase todas as áreas do corpo, os vasos sanguíneos da
pele tornam-se intensamente dilatados, aumentando a vazão de sangue,
conduzindo maior quantidade de calor do interior para a superfície, onde será
perdido por convecção e/ou radiação. Esse mecanismo é capaz de aumentar
a taxa de transferência de calor para a pele em até oito vezes.
Transpiração - Quando a temperatura do núcleo do corpo se eleva acima do
nível crítico de 37 °C, as glândulas sudoríparas são acionadas, desta forma, a
sudorese permite um aumento da taxa de evaporação corporal, que é
adicionada à perda por convecção provocada pela vasodilatação. Um aumento
34
adicional de 1°C da temperatura corporal provoca sudorese suficiente para
remover 10 vezes a taxa basal de produção de calor corporal.
Diminuição da produção de calor. Os mecanismos que causam a produção
de calor em excesso, como tremores e termogênese química, são fortemente
inibidos.
Já ao contrário, quando o corpo fica excessivamente frio, há a
vasoconstricção cutânea em todo o corpo, a piloereção e o aumento da produção de
calor (GUTTON E HALL, 2011; COUTINHO, 2011, VASCONCELOS, 2015):
Vasoconstrição - Os diâmetros dos vasos sanguíneos passam a ser
reduzidos, diminuindo, assim, a vazão sanguínea do interior para a superfície
e, consequentemente, as perdas de calor por convecção e/ou radiação.
Piloereção - Também conhecido como cabelos "em pé", consiste em uma
estimulação simpática que traz os cabelos para uma postura ereta. Não é
importante para os seres humanos, mas nos demais animais permitem-lhes
prender uma espessa camada de "ar isolante" sobre a pele, de modo a diminuir
a transferência de calor para o ambiente.
Aumento da termogênese (produção de calor) - A produção de calor pelo
sistema metabólico é aumentada através da promoção de tremores (tiritar), da
produção de calor simpático, e secreção de tiroxina. Durante esse processo
observa-se um aumento no metabolismo.
3.3. BALANÇO TÉRMICO
Conforme Nedel et al. (2009), uma pessoa encontra-se termicamente
confortável quando o total de calor produzido, ou ganho pelo corpo, for igual à
quantidade de calor dissipado para o meio, pelo mesmo corpo e mesma proporção
para que o corpo mantenha um balanço de energia. Alem disso deve ter evaporação
e temperatura da pele compatíveis com a taxa metabólica. Quando isto é alcançado
sem reações fisiológicas significativas, é dito que o corpo está em neutralidade térmica
(CROITORU ET AL., 2015; VASCONCELOS, 2015).
Conforme Lamberts (2014), a teoria assume que um organismo exposto por
longo tempo a um ambiente térmico constante, moderado, tenderá a um equilíbrio
35
térmico de acordo com esse ambiente, isto é, a produção de calor pelo organismo
através de seu metabolismo, será igual à perda de calor do mesmo para o ambiente,
através das diversas formas de transferência de calor.
Portanto, as atividades realizadas pelo homem provocam calor no corpo, o
qual deve ser dissipado ao ambiente para que não ocorra um aumento exacerbado
da temperatura interna e que se mantenha o equilíbrio térmico do corpo. Esta perda
de calor para o ambiente se dá através de mecanismos de trocas térmicas. O calor
pode ser transferido através da superfície da pele por radiação, condução, convecção
e no aparelho respiratório por evaporação.
Para manter o equilíbrio térmico, o calor metabólico produzido pelo
organismo, o trabalho mecânico e as transferências de calor por condução,
evaporação, radiação e convecção devem se anular. Conforme Buriol et al. (2015) a
condição térmica do ambiente é determinada pelo balanço de radiação e a velocidade
de evaporação em resposta à umidade relativa do ar, velocidade do vento e exposição
a ele, exposição da superfície corporal à radiação solar e à radiação térmica das
superfícies do entorno.
Devido ao organismo humano ser um sistema térmico, produzindo calor e
interagindo continuamente com o meio externo para alcançar o balanço térmico, deve
existir uma troca de calor constante entre o corpo e o meio, regida pelas leis da física
e influenciada pelos mecanismos de adaptação fisiológica, condições ambientais e
fatores individuais. Deve-se considerar também que os seres humanos geram calor
através do metabolismo, perdem calor na realização de tarefas e descartam o excesso
de calor para manter a temperatura interna em aproximadamente 37°C. Para
Lamberts (2014) a sensação de conforto térmico está diretamente relacionada ao
esforço realizado pelo organismo para manter o balanço térmico.
Para a ASHRAE Fundamentals (2009) o equilíbrio térmico necessário entre o
corpo humano e o ambiente envolvente deve ser tal que permita conservar a
temperatura corporal de forma aproximadamente constante, independentemente das
vicissitudes ambientais. Conforme Andreasi (2009) deve-se considerar que o conforto
térmico é alcançado quando o fluxo de calor no ambiente e pelo corpo são
equilibrados, e a temperatura de pele e a taxa de suor estão dentro de uma faixa de
conforto que dependem unicamente do metabolismo.
36
Segundo Comiran (2014) a equação de balanço térmico deve ser satisfeita
como primeiro requisito para o conforto térmico. Esta exigência é uma expressão do
objetivo do sistema termorregulador humano para manter uma temperatura corporal
interna razoavelmente constante. A Norma ISO 7730/2005 utiliza uma equação de
balanço térmico que leva em consideração, o metabolismo, a atividade física e as
perdas de calor através da pele e da respiração. As perdas através da pele levam em
conta a resistência térmica e permeabilidade das vestimentas utilizadas, a
temperatura do ar, a temperatura média radiante, a umidade, a velocidade do ar e a
atividade exercida (equação 7).
𝑴 − 𝑻 = 𝑪𝒓𝒆𝒔 + 𝐄𝐫𝐞𝐬 + (𝐄𝐬 + 𝐄𝐝𝐢𝐟 + 𝐂 + 𝐑)𝐩𝐞𝐥𝐞 (7)
Onde:
M= Taxa metabólica de produção de calor (W/m²);
T = Trabalho externo (W/m2);
Cres= Perda de calor sensível na respiração, por convecção (W/m2);
Eres= Perda de calor latente pela respiração, por evaporação (W/m2);
Edif = Perda de calor por evaporação por difusão, nas partes enxutas do corpo (W/m2);
Es =Perda de calor por evaporação, nas partes molhadas do corpo (W/m2);
C = Perda de calor por convecção pela pele (W/m2);
R = perda de calor por radiação (W/m2).
Quando a igualdade da equação 7 não é verificada é um indício de que existe
uma carga térmica atuando sobre a pessoa, a qual será positiva se estiver ocorrendo
acúmulo de calor no corpo humano e negativa se estiver ocorrendo uma perda
excessiva de calor do corpo para o ambiente. Se houver essa carga térmica fica
caracterizado o desconforto térmico, quer seja desconforto por frio ou desconforto por
calor (XAVIER,2000).
Hirashima (2014) enfatiza que se os termos individuais da equação do
balanço térmico têm sinais positivos há ganho de energia no corpo, do contrário, há
perda de energia. Segundo Vasconcelos (2015), estas trocas de calor pela pele,
respiração e por condução através das roupas, podem ser expressas como as
37
equações 8 a 13:
𝑪𝒓𝒆𝒔 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝟒𝑴(𝟑𝟓 − 𝒕) (8)
𝑬𝒓𝒆𝒔 = 𝟎, 𝟎𝟏𝟕𝟑𝑴(𝟓, 𝟔𝟐𝟖 − 𝒑𝒗) (9)
𝑬𝒅𝒊𝒇 = 𝟑, 𝟎𝟓 𝒙 𝟏𝟎−𝟑(𝟐𝟓𝟔𝒕𝒑 − 𝟑𝟑𝟕𝟑 − 𝒑𝒗) (10)
𝑬𝒔 = 𝒘𝒔𝟏𝟔, 𝟕𝒉𝒄𝑭𝒍(𝑷𝒗𝒔𝒑 − 𝑷𝒗) (11)
𝑪 = 𝒉𝒄𝑭𝒔(𝒕𝒑 − 𝒕) (12)
𝑹 = 𝒉𝒓𝑭𝒔(𝒕𝒑 − 𝒕𝒓𝒎) (13)
Onde:
t = temperatura do ar (°C)
pv = pressão parcial de vapor de água (kPa)
tp = temperatura da pele (°C)
Fs = fator de redução de calor sensível, adimensional
Fl = fator de redução de calor latente, adimensional
hc = coeficiente de convecção (W/m².°C)
hr= coeficiente de radiação (W/m2. °C)
Pvsp = pressão de vapor saturado à temperatura da pele (kPa)
trm = temperatura radiante média (°C)
M = taxa metabólica de produção de calor (W/m2)
O modelo humano do balanço térmico não deve ser analisado somente como
um problema físico de transferência de calor, deve-se também considerar os
mecanismos termorreguladores, pois eles interferem ativamente e podem alterar as
condições de troca de calor (ANTONELLI, 2012).
3.4. CONFORTO TÉRMICO
A norma ASHRAE (2005) define o conforto térmico como “um estado da mente
que reflete satisfação com o ambiente térmico”. Com isso, o conforto térmico pode ser
considerado um estado de espírito, estando sujeito a diferenças fisiológicas, de
humor, culturais, fatores organizacionais e sociais de cada indivíduo. Frota e Schiffer
(2003) complementam que o “homem tem melhores condições de vida e de saúde
38
quando seu organismo pode funcionar sem ser submetido à fadiga ou estresse,
inclusive térmico”.
De acordo com Bradshaw (2006) o conforto térmico é afetado por muitas
variáveis como: saúde, idade, atividade, vestimenta, gênero, alimentação e
aclimatação. Como estes fatores não são iguais para todas as pessoas, considera-se
que a condição ideal de conforto de um ambiente é proporcionada quando a maioria
dos ocupantes estiverem se sentindo confortáveis.
Viana (2013) ressalta também que os organismos humanos se diferenciam
entre si, pois cada indivíduo tem uma capacidade sensitiva diferente. Ou seja, uma
sensibilidade térmica ambiental diferenciada em virtude de diferenças no metabolismo
associadas às outras variáveis, tais como: hábitos, trabalho, vestimentas, etc. Deste
modo, não se pode generalizar as sensações de conforto ou desconforto térmico.
Evidenciar a interação existente entre os seres humanos e o ambiente habitado
demonstra que a análise do clima local tem sua importância nos mecanismos que
condicionam o conforto térmico, a partir das análises das variáveis climáticas,
fisiológicas e psíquicas.
O conforto térmico situa-se no campo subjetivo e depende de fatores físicos,
fisiológicos e psicológicos. Os fatores físicos determinam as trocas de calor do corpo
com o meio; os fatores fisiológicos referem-se a alterações na resposta fisiológica do
organismo, resultantes da exposição contínua a determinada condição térmica; e
finalmente os fatores psicológicos, que são aqueles que se relacionam às diferenças
na percepção e na resposta a estímulos sensoriais, frutos da experiência passada e
da expectativa do indivíduo (LAMBERTS, 2014).
Conforme Gobo, Monteblanco e Sartori (2008), o conforto térmico pode ser
considerado como a sensação de bem-estar experimentada por uma pessoa, como
resultado da combinação satisfatória da temperatura radiante média (trm), umidade
relativa (UR), temperatura do ar do ambiente (ta) e velocidade relativa do ar (vr), com
a atividade desenvolvida e com a vestimenta usada no momento pelos ocupantes do
ambiente.
A norma ISO 7730 (2005) avalia o conforto térmico como o estado de espírito
que exprime satisfação com o ambiente térmico e considera que a insatisfação pode
ocorrer em razão do aquecimento ou resfriamento do corpo como um todo ou de
39
partes determinadas, o que recebe a designação de desconforto localizado. O calor
cada vez mais intenso afeta o conforto e a eficiência dos ocupantes de determinado
ambiente. O calor excessivo provoca efeitos sobre o indivíduo, deixando-o cansado,
reduzindo sua atenção e aumentando as tendências a incorrer em erros ou acidentes,
além de poder causar as chamadas doenças do calor (GRZYBOWSKI, 2004).
De acordo com Nince (2013) o estudo do conforto térmico surgiu com a
necessidade de condicionamento de ambientes fechados para um melhor rendimento
das atividades humanas, especialmente no trabalho. O estudo do conforto térmico tem
como objetivo diagnosticar e analisar as condições de um ambiente e diagnosticá-lo
termicamente, podendo-se obter subsídios para a obtenção de condições térmicas
adequadas à ocupação humana e às atividades desempenhadas (VASCONCELOS,
2015).
O conforto térmico é um aspecto importante em relação à satisfação dos seus
ocupantes com o ambiente e dessa forma é considerado como um importante
indicador de desempenho de uma edificação. O conforto térmico é um fenômeno
complexo e, portanto, é difícil conseguir satisfazer a todos no mesmo ambiente. Isto
acontece devido as diferenças existentes entre as pessoas, tanto relacionadas a
aspectos fisiológicos como psicológicos (SCHELLEN et al., 2012).
Vasconcelos (2015) explica que a energia proveniente dos alimentos
possibilita a realização de todas as funções biológicas do corpo humano, e é em sua
grande parte dissipada em forma de calor nas reações celulares, e por diversos
órgãos, sendo transferido para a pele onde é transferido para o ambiente. Sabe-se
que, para a manutenção do equilíbrio térmico, é exigido um dispêndio extra de energia
por parte do corpo humano, sendo, as variáveis térmicas ambientais, vestimentas e a
natureza da atividade fatores determinantes para o estabelecimento do mesmo.
Dessa forma, quanto mais desfavorável se encontrar um ambiente, em relação às
condições térmicas oferecidas, maior o esforço do sistema de termorregulação para
manter o balanço térmico do corpo humano. Enquanto o esforço fisiológico (sem o
acionamento dos controles comportamentais) for suficiente para a manutenção do
equilíbrio, existirá uma condição favorável ao conforto térmico. Arantes (2013)
constata que a obtenção de conforto térmico se processa quando o organismo perde
para o ambiente calor produzido compatível com sua atividade, sem recorrer a
40
nenhum mecanismo de termorregulação.
O conforto térmico tem grande importância no desempenho de alunos. De
acordo com Soares, Xavier e Michaloski (2013), um ambiente escolar com calor
excessivo leva ao cansaço e à sonolência. Mas um ambiente com pouco calor acaba
diminuindo a concentração e atenção do aluno, devido ao corpo precisar de calor e
aumentar assim a atividade metabólica para se aquecer. Segundo Fanger (1970) a
razão de criarem-se condições de conforto térmico, reside no desejo do homem de
sentir-se termicamente confortável. Assim, o conforto térmico pode ser justificado do
ponto de vista da performance humana.
3.4.1 Condições de conforto térmico
A neutralidade térmica, isto é, o balanço térmico, é uma condição necessária,
mas não suficiente para considerar que um indivíduo se encontre em conforto térmico.
Segundo Lamberts (2014) pode ocorrer neutralidade térmica e o indivíduo estar sujeito
a algum tipo de desconforto localizado. Para Gobo (2008) não se pode tratar de
conforto térmico sem que a questão do desconforto térmico não seja abordada. Vários
fatores podem causar desconforto localizado em indivíduos no desempenho de
quaisquer atividades. Esses fatores não atingem o corpo todo, porém apenas uma
parte, e embora a pessoa possa estar satisfeita com a temperatura corporal, não se
encontrará em conforto devido a essa insatisfação localizada.
Ainda conforme Lamberts (2014), se uma pessoa estiver desempenhando
determinada atividade e estiver suando muito acima do que os estudos realizados
mostraram que deveria estar, ou a temperatura de sua pele estiver acima ou abaixo
de valores que esses mesmos estudos demonstraram, a pessoa não estará
certamente em conforto térmico, mesmo que ela esteja em neutralidade térmica, e
não esteja sujeita a algum tipo de desconforto localizado.
Portanto, para uma pessoa se sentir confortável, três condições devem ser
atendidas, conforme Camargo (2011):
Estar em neutralidade térmica;
Possuir a temperatura da pele e a taxa de secreção de suor dentro de limites
aceitáveis de acordo com a atividade;
41
Não estar sujeito a nenhum tipo de desconforto térmico localizado, tais, como
assimetria de radiação térmica, correntes de ar indesejáveis, diferenças na
temperatura do ar no sentido vertical, horizontal e contato com pisos aquecidos
ou resfriados
3.4.2 Variáveis que influenciam no Conforto Térmico
De acordo com Hirashima (2014) o ambiente térmico e seu impacto sobre o
organismo humano não podem ser representados apenas por uma única variável,
como por exemplo a temperatura do ar, visto que o organismo humano não possui
sensores individuais para cada variável e dessa forma perceber e sentir o ambiente
térmico como todo.
As mais importantes variáveis que influenciam no conforto térmico (quadro 2)
podem ser divididas em variáveis ambientais (temperatura do ar, temperatura radiante
média, velocidade do ar, umidade relativa do ar) e variáveis pessoais (taxa metabólica
e isolamento térmico da vestimenta) (BRODAY, 2015).
Para Mohamed et al. (2005), conhecer todas as variáveis ambientais de
determinado ambiente muito importante visto que as mesmas afetam a eficiência do
trabalho e podem reduzir a produtividade. Em relação às variáveis pessoais, Broday
(2014) afirma que conhecendo-se a demanda metabólica para determinada atividade,
torna-se possível para os empregadores não só planejar as atividades de modo que
o gasto metabólico não gere calor excessivo para os trabalhadores, mas também
fornecer roupas e instrumentos adequados para determinada função.
Quadro 2 – Variáveis que influenciam o Conforto Térmico
Fonte: Elaborado pela autora
Conforme Broday (2015) as variáveis ambientais são aquelas que se referem
42
às condições climáticas do ambiente em questão, enquanto que as variáveis pessoais
são aquelas que dizem respeito aos indivíduos no momento da avaliação do ambiente,
em relação ao tipo de atividade sendo desenvolvida e como o indivíduo está vestido.
3.4.2.1 Variáveis pessoais
As variáveis pessoais referem-se às atividades desempenhadas pela pessoa
(indicativa da quantidade de calor produzida pelo organismo, e apresentada sob forma
de taxa metabólica) e vestimentas (indicativa da resistência térmica oferecida às
trocas de calor entre o corpo e o ambiente, apresentada sob a forma de isolamento
térmico das roupas) (GOBO,2013).
3.4.2.1.1 Taxa metabólica da atividade desempenhada
O processo metabólico começa com a alimentação, ocorrendo transformação
de energia química em mecânica e térmica. O corpo utiliza comida e oxigênio para
produção de energia. A taxa com a qual isto ocorre é denominada taxa metabólica
(BRODAY, 2015).
Conforme Vasconcelos (2015), para que a energia presente nos alimentos
chegue até as células a presença de um composto rico em energia é necessária. Este
composto é chamado de trifosfato de adenosina (ATP). O ATP é obtido a partir da
combustão dos carboidratos, gorduras e proteínas encontrados nos alimentos. A
quebra de cada uma de suas ligações libera energia suficiente para desencadear a
ocorrência de qualquer etapa de qualquer reação química no organismo. Sua energia
pode ser usada por diferentes sistemas funcionais celulares como: síntese e
crescimento, contração muscular, secreção glandular, condução nervosa, absorção
ativa, etc.
As moléculas de trifosfato de adenosina (ATP) guardam a energia liberada
pelos nutrientes em forma de energia utilizada por todas as células do organismo. O
consumo de ATP cresce à medida que se aumenta a magnitude e frequência de
contração muscular. Se o consumo de ATP é realizado através de respiração
aeróbica, os níveis de oxigênio aumentam (GREEN, 2011).
43
O organismo humano ganha energia através do metabolismo que representa
o “processo de produção de energia interna a partir de elementos combustíveis
orgânicos”. Cerca de 20% (valor máximo) dessa energia é transformada em
potencialidade de trabalho, os 80% restantes transformam-se em calor, que deve ser
dissipado para que o organismo se mantenha em equilíbrio (FROTA e SCHIFFER,
2003).
De acordo com Carvalho (2006) toda atividade desenvolvida consome uma
quantidade de energia proveniente do metabolismo. Dessa forma, a liberação de calor
pelo organismo humano dependerá da intensidade e do tempo que uma determinada
atividade provoca. Assim, quanto maior é o esforço despendido, maiores serão as
necessidades de perda de calor para que o corpo consiga manter a sua temperatura
constante.
A unidade mais comum do metabolismo é o “met” que corresponde a uma
produção de 58,15 W/m2. A área superficial do corpo de uma pessoa média pode ser
considerada 1,8m2. Dessa forma, a taxa metabólica representa a taxa de liberação de
calor durante a realização das diferentes atividades realizadas pelo homem padrão
(COUTINHO, 2011).
As inúmeras atividades realizadas pelo homem implicam em taxas
metabólicas diferentes, ou seja, demandam quantidades distintas de energia. Esta
taxa pode ser obtida conforme equação 14:
𝑴 = 𝟓, 𝟖𝟖(𝟎, 𝟐𝟑𝑹𝑸 + 𝟎, 𝟕𝟕)𝑽𝑶𝟐
𝑨𝑫𝒖 (14)
Onde:
M = Taxa metabólica (W/m2 ou met)
RQ= quociente respiratório, correspondente à relação entre o volume de CO2
produzido e O2 consumido;
VO2 = oxigênio consumido (l/h)
ADu =Área Dubois (m2) representada pela equação 15:
44
𝑨𝑫𝒖 = 𝟎, 𝟐𝟎𝟐𝒑𝟎,𝟒𝟐𝟓𝒛𝟎,𝟕𝟐𝟓 (15)
p=massa (kg)
z=altura (m)
Estas taxas podem ser calculadas em laboratórios de fisiologia e a norma ISO
7730:2005 apresenta algumas destas taxas (tabela 1):
Tabela 1 – Taxa metabólica para diferentes atividades segundo ISO 7730/2005
Fonte – ISO 7730/2005
3.4.2.1.2 Isolamento Térmico das vestimentas utilizadas
O Isolamento térmico da vestimenta é uma propriedade das roupas, que
representa a resistência que a vestimenta impõe às trocas de calor entre o homem e
o ambiente (FANGER, 1970). Para Broday (2015), manequins térmicos têm sido
utilizados por pesquisadores para medir a resistência térmica (isolamento) e
resistência evaporativa da roupa. Estes valores de resistência são utilizados em
modelos biofísicos para prever o conforto e/ou estresse térmico em determinado
ambiente, em função da atividade realizada.
A roupa é uma barreira térmica do corpo humano, servindo de resistência às
trocas de calor entre o corpo e o ambiente devido à sua capacidade de isolamento
térmico. A resistência térmica do vestuário caracteriza, portanto, a resistência
oferecida pela roupa utilizada por uma pessoa. É expressa pela unidade clo, em que
1 clo = 0,155 m2∙ °C W corresponde a um homem. As propriedades térmicas dos
45
materiais das roupas, que refletem o conforto térmico do utilizador, relaciona a
transferência de calor e massa entre um corpo vestido e o ambiente (COELHO, 2014).
Para facilitar o cálculo das taxas de transferência de calor, considerando o uso
de roupas, Coutinho (2011) explana que deve-ser aplicar um fator de redução de calor
sensível (Fs), para os processos de convecção e radiação, assim como um fator de
redução de calor latente (Fl), nos processos de evaporação na pele. Ambos são
calculados de acordo com a resistência térmica das vestes (Icl), que por sua vez
depende do número de peças de roupas que estão sendo usadas, assim como do
material das mesmas.A resistência térmica varia de zero, com o corpo totalmente
despido, até 3 ou 4, com roupas pesadas para regiões polares. O isolamento de um
conjunto de roupas pode ser estimado adicionando os valores clo dos itens utilizados,
conforme tabela 2 (SIQUEIRA, 2015).
Tabela 2 – Índice de Isolamento témico
Fonte – Siqueira (2015)
3.4.2.2 Variáveis ambientais
3.4.2.2.1 Temperatura do ar (° C)
A temperatura do ar (ta) ou temperatura de bulbo seco (tbs) é a temperatura do
ar que circunda o corpo humano. Conforme Coutinho (2011), está diretamente ligada
às trocas de calor realizadas entre o corpo humano e o ambiente como todo. Influencia
o conforto térmico na medida em que está intrinsecamente ligada às taxas de
transferência de calor por convecção que ocorrem entre o homem, através do sistema
46
respiratório e da pele, e o ambiente que o cerca (MEDEIROS, 2014).
Tanto a temperatura do ar, tomada a certa distância do corpo, pode não
representar verdadeiramente o fluxo de calor existente como também sua verificação
muito próxima do corpo vestido pode ser influenciada pela superfície coberta, onde
normalmente se apresenta uma fina camada levemente mais aquecida (ANDREASI,
2009).
A temperatura do ar pode ser medida com termômetros de mercúrio, de
resistência ou termopares. Para tanto sugere-se um equipamento com escala mínima
de 0 a 50°C, precisão mínima de ± 0, °C, exatidão de ± 0,5°C e com tempo de resposta
adequado ao número de medidas a serem executadas. Um fator importante a ser
considerado na medição da temperatura é o efeito de radiação das superfícies sobre
o sensor, assim sendo deve-se colocar um anteparo de modo a evitar a interferência
da radiação (COMIRAN, 2014).
3.4.2.2.2 Temperatura de bulbo úmido (°C)
Conforme Dopheide, Neto e Ramanzini (2013), no processo psicrométrico
para qualquer estado do ar úmido, há uma temperatura Tbu na qual a água liquida
evapora no ar para levá-lo à saturação nesta mesma temperatura e pressão. Quando
o ar não está saturado, ocorre evaporação da água devido à diferença entre a pressão
de vapor saturado junto ao tecido e pressão de vapor parcial do ar. O bulbo fornece o
calor para a evaporação e assim registra uma temperatura menor. Esse valor diminui
com a umidade relativa. A temperatura do ar e a temperatura de bulbo úmido permitem
calcular a umidade relativa através de equações ou da carta psicrométrica
(COUTINHO, 2011).
O psicrômetro, consiste em dois termômetros, sendo que o bulbo de um deles
é coberto por um tecido hidrófilo embebido em água. Quando esse bulbo é colocado
numa corrente de ar a água evapora do tecido causando uma temperatura de
equilíbrio chamada de temperatura de bulbo úmido (Tbu).
3.4.2.2.3 Temperatura de Globo (°C)
47
A temperatura de globo (tg) é mensurada através de um termômetro inserido
em uma esfera negra oca de cobre pintada externamente com tinta preta fosca,
promovendo maior absorção da radiação e assim permitindo avaliar o nível de
radiação térmica das superfícies existentes no ambiente analisado (COUTINHO,
2011). A esfera deve ter aproximadamente 1 mm de espessura e teoricamente
qualquer diâmetro. Quanto menor ele for, contudo, maiores serão as influências da
temperatura e da velocidade do ar. Recomenda-se um globo com 0,15m de diâmetro
(RUAS, 1999).
3.4.2.2.4 Temperatura radiante média (°C)
O conceito de temperatura radiante média (trm) pressupõe que os efeitos sobre
o homem, de um ambiente real, geralmente heterogêneo, e de um ambiente
imaginário, homogêneo, são idênticos. É a temperatura uniforme de um ambiente
imaginário no qual a transferência de calor por radiação do corpo humano é igual à
transferência de calor por radiação em um ambiente real não uniforme. Pode ser
medida por instrumentos que permitam que a radiação, geralmente heterogênea das
paredes de um ambiente real, seja integrada em um valor médio (ANDREASI, 2009;
LAMBERTS ,2014).
De acordo com Medeiros (2014) esta variável está relacionada com as trocas
de calor em forma de radiação entre o indivíduo e as superfícies circunvizinhas. Caso
a temperatura média da superfície externa à das vestimentas utilizadas seja maior que
as das superfícies ao seu redor, ocorrerá a perda de calor através de radiação pelo
organismo. Em caso contrário, ocorrerá ganho de calor. Alfano et al. (2013) menciona
que esta é uma das variáveis mais importantes na avaliação do conforto térmico,
especialmente durante condições climáticas quentes e ensolaradas. Em ambientes
moderados, onde o objetivo é manter condições de conforto para os ocupantes, a
temperatura radiante média é um fator muito importante, especialmente em edifícios
que são expostos a radiação solar intensa.
Conforme Broday (2015) vários equipamentos estão disponíveis para o
cálculo da temperatura radiante média. O instrumento mais popular é o termômetro
de globo negro, devido ao seu baixo custo. Pode ser determinado um valor
48
aproximado da temperatura radiante média através de valores observados da
temperatura de globo (tg) e da temperatura (ta) e velocidade do ar (v) ao redor do
globo. Para Lamberts (2014) como a temperatura radiante média é medida em relação
ao corpo humano, o termômetro de globo tipo esférico o representa bem na posição
sentado, porém um sensor do tipo elipsoide representa melhor o corpo humano quer
seja na posição em pé, como na sentado.
O princípio do cálculo da trm é o de que estando o globo em equilíbrio térmico
com o ambiente, então o calor trocado por radiação entre o globo e as superfícies
circundantes é igual ao calor trocado por convecção entre o globo e o ar. Como a
espessura do globo é pequena, a temperatura do ar confinado nele é
aproximadamente igual à temperatura da superfície do globo. Conhecendo-se a
temperatura superficial do globo é possível determinar a trm (RUAS, 1999).
Seu valor pode ser obtido, em função das temperaturas de globo e de bulbo
seco (temperatura do ar) e/ou velocidade absoluta do ar, por meio da equação 16 ou
17 (COUTINHO, 2011):
Para convecção natural
Trm =[ (tg+ 273)4 +0,4 x 108 | tg- ta| 0,25 x (tg-ta) ]0,25 – 273 (16)
Para convecção forçada
Trm =[ (tg+ 273)4 +2,5 x 108 x v0,6 x (tg-ta) ]0,25 – 273 (17)
Onde:
Trm= temperatura radiante média (°C)
Tg= temperatura do termômetro de globo (°C)
Ta= temperatura de bulbo seco do ambiente (°C)
v= velocidade do ar na altura do globo (m/s)
49
3.4.2.2.5 Velocidade do ar, v (m/s)
A velocidade do ar (v) é uma variável de grande influência no conforto térmico,
visto que ajuda os processos de troca de calor do corpo com o ar ambiente através
da convecção e da evaporação na pele. Dessa forma, a sensação térmica é obtida
pela intensidade da ventilação. Especialmente para o clima quente-úmido, a
ventilação pode representar um fator imprescindível, visto que representa o fator
climático que ajuda a diminuir a sensação térmica desconfortável provocada pelo calor
e favorece o processo de evaporação do suor. Além de possuir uma influência direta
na perceção do conforto térmico global, também pode provocar desconforto
localizado, devido a possíveis existências de correntes de ar (ANTONELLI, 2012).
De acordo com Siqueira (2015) não existe uma velocidade mínima necessária
quando o ambiente já está confortável. Vale ressaltar, que ausência de movimento
pode gerar a sensação de congestão do ar e o ar muito rápido pode gerar correntes,
que são desagradáveis para os indivíduos. O limite aceito como confortável para a
velocidade do ar na zona ocupada é função das condições gerais do ambiente
(temperatura, umidade e trm), das condições do ar em movimento (temperatura e
umidade), da presença de transpiração e da região do corpo exposta, sendo o
pescoço, tórax e tornozelos as regiões mais sensíveis.
Os equipamentos mais comuns para a medição desta variável são os
anemômetros de fio quente e os anemômetros de esfera aquecida. A ISO 7726 (2002)
afirma que três características dos instrumentos de medição devem ser consideradas:
a sensitividade à direção do fluxo de ar, a sensitividade às flutuações de velocidade e
a possibilidade de se obter um valor de velocidade média e desvio-padrão após certo
período de medição (BRODAY, 2015).
3.4.2.2.6 Umidade relativa do ar
Para Gobo (2013) a umidade relativa (UR) é definida como a relação entre o
teor em vapor d’água que o ar contém e o teor máximo que poderia conter, a
temperatura do ambiente. Representa a porcentagem de vapor d’água existente no ar
em relação ao máximo que poderia existir aquela temperatura. Conforme Vasconcelos
50
(2015) pode ser medida através do psicrômetro, equipamento que mede
simultaneamente a temperatura de bulbo seco, ou do ar e a temperatura do bulbo
úmido. Com essas duas leituras, o valor da umidade do ar é obtido pela utilização das
relações psicrométricas constantes da norma ISO 7726/2002.
Está relacionada com os processos de perda por evaporação. Para ambientes
térmicos que sejam moderados nota-se que a influência da umidade relativa é
irrelevante. Porém quando a temperatura do ar é elevada, o organismo ganha calor
através de radiação e convecção, ficando a evaporação para eliminar este calor em
excesso. Levando em consideração que a eficiência dessa evaporação descresce na
medida em que aumenta a umidade relativa, é necessária uma boa ventilação para
manter o conforto térmico (MEDEIROS, 2014).
A umidade relativa, é a razão entre a pressão parcial do vapor de água do ar
úmido, e a pressão de vapor saturado para uma mesma temperatura e mesma
pressão atmosférica total, conforme equação 18 (LAMBERTS, 2014):
e =𝒑𝒂
𝒑𝒂𝒔 (18)
Onde:
e= umidade relativa
Pa = pressão parcial do vapor de água do ar úmido
Pas = pressão do vapor saturado para uma mesma temperatura e mesma pressão atmosférica total
Como a umidade relativa é geralmente expressa em porcentagem, escreve-
se:
UR= 100e (19)
3.5. RADIAÇÃO TÉRMICA
O presente trabalho tem como foco a investigação do comportamento da
temperatura radiante média (trm) e da diferença da temperatura de globo em relação
à temperatura do ar (tg-ta) – indicadores da radiação térmica - em ambientes de ensino
51
inteligente (News ICT) em diversas áreas das regiões brasileiras bem como a
influência destes indicadores no desempenho de estudantes. Por consequinte se faz
necessário um tópico à parte do item 3.1.1.3 sobre o tema supracitado.
A radiação térmica tem esse nome devido a sua alta influência na temperatura
do corpo, mas se diferencia dos outros dois tipos (condução e convecção) de
transmissão porque não depende de matéria para se propagar. Ao contrário, propaga-
se melhor no vácuo, porque num meio material, translúcido, por exemplo, ela é
parcialmente transmitida. O transporte de energia tem eficiência máxima através do
vácuo absoluto. Todo material que possua uma temperatura superficial positiv na
escala Kelvin, estará emitindo radiação térmica independente do seu estado - sólido,
liquido ou gasoso. (LIVI, 2004; HALLIDAY, RESNICK e WALKER, 2009).
Conforme Libardi e Moraes (2015) se o planeta Terra estivesse isolado no
espaço, emitiria radiação, perdendo energia térmica e resfriando-se. Como a Terra
está perto do Sol, o que o planeta perde para o espaço é compensado pela radiação
solar que é absorvida do Sol, e a Terra possui uma temperatura mais ou menos
constante. Se não existisse emissão de radiação térmica, a Terra acumularia uma
quantidade cada vez maior de radiação solar, aquecendo-se até temperaturas
altíssimas.
A figura 5 apresenta uma situação teórica em que um sólido encontra-se
inicialmente a uma temperatura Ts, mais alta do que a de sua vizinhança e entre eles
só existe o vácuo. O sólido começará a diminuir sua temperatura até atingir o equilíbrio
térmico com sua vizinhança. Esse resfriamento é associado a uma perda de calor
através de uma radiação emitida pela superfície do sólido. Por sua vez, a vizinhança
recebe a radiação emitida pelo sólido, produzindo-se um aumento na temperatura de
sua superfície (LAMBERTS, ORDENES, GUTHS,2008).
Figura 5 – Radiação entre sólidos devido ao gradiente de temperatura
Fonte – Lamberts, Ordenes e Guths (2008)
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Conforme Nussenzveig (2002) a radiação térmica é emitida por um corpo
aquecido, e ao ser absorvida por outro corpo, pode aquecê-lo, convertendo-se em
calor. A radiação é função da cor e acabamento das superfícies. Superfícies escuras
ou foscas absorvem mais radiação do que as claras e polidas (COUTINHO,2011). De
acordo com Bradshaw (2006) e Coutinho (2011), todos os corpos emitem radiação,
apesar de o ar ser praticamente neutro. A radiação térmica é a troca de energia
radiante entre dois corpos através de um espaço aberto, quando estão voltadas entre
si, pois a energia radiante não pode circular obstáculos ou ser afetada pelo movimento
do ar (BRADSHAW, 2006).
Os átomos da matéria é quem criam a radiação térmica. Ela é produzida pelos
constituintes dos átomos e moléculas e depende, portanto, de sua estrutura. Essa
radiação engloba tanto as ondas de rádio e televisão como a radiação infravermelha,
a luz visível, a ultravioleta, os raios-x e os raios gamas. Quando o átomo está em seu
estado natural (de menor energia), os elétrons movimentam-se nas órbitas possíveis
que correspondem à mais baixa energia. Entretanto, quando se fornece energia ao
átomo em quantidade suficiente, o elétron “pula” da sua órbita para uma órbita
permitida, mas de maior energia. Diz-se que o átomo então ficou excitado (ACIOLI,
1994).
Entretanto, ainda segundo o autor, o átomo não fica nesse estado de
excitação por muito tempo. Ele volta quase imediatamente para seu estado normal,
de menor energia. Ao voltar para o estado normal, a diferença de energia entre o
estado excitado e o estado normal é utilizada pelo átomo para enviar um dos possíveis
tipos de radiação eletromagnética, na forma de uma pequeníssima partícula sem
massa, chamada fóton. Quando essa diferença de energia é muito grande, os fótons
são raios-x; quando é um pouco menor, a radiação é ultravioleta; um pouco menor
ainda é o violeta e depois a luz visível.
O mecanismo de emissão de radiação térmica está relacionado à energia
liberada como um resultado de oscilações dos muitos elétrons que constituem a
matéria. Essas oscilações são por sua vez, sustentadas pela energia interna e
consequentemente pela temperatura da matéria. Dessa forma, a associação da
emissão de radiação térmica está atrelada às condições excitadas termicamente no
interior da matéria (INCROPERA, 2008).
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Para Halliday (2009) todos os corpos emitem continuamente radiação térmica
de suas superfícies para o meio que os cercam. Quando atinge um corpo, interage
com seus átomos, fazendo com que eles vibrem mais depressa, aquecendo o corpo,
ou que elétrons mudem para órbitas mais energéticas. Nesse ultimo caso os elétrons
voltam para suas órbitas de menor energia, emitindo fótons, dando continuidade ao
processo de emissão de radiação. Quanto maior a temperatura, maior a intensidade
de emissão de radiação e maior a probabilidade de se encontrar átomos com alta
energia e, conseqüentemente, maior a probabilidade de emissão de fótons de alta
energia/freqüência (LIBARDI & MORAES, 2015).
Dessa forma, a radiação térmica é a energia eletromagnética propagada na
velocidade da luz, emitida pelos corpos em virtude de sua temperatura. Os átomos,
moléculas ou elétrons são excitados e retornam espontaneamente para os estados
de menor energia. Neste processo, emitem energia na forma de radiação
eletromagnética. Uma vez que a emissão resulta de variações nos estados
eletrônicos, rotacional e vibracional dos átomos e moléculas, a radiação emitida é
usualmente distribuída sobre uma faixa de comprimentos de onda (REIS, 2008;
WELTY et al., 2008).
Estas faixas e os comprimentos de onda representando os limites
aproximados são mostrados na Figura 6.
Figura 6 – Espectro da Radiação Eletromagnética
Fonte– Adaptado de Incropera (2008)
A radiação térmica emitida por uma superfície inclui uma faixa de
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comprimento de onda. Como mostrado na figura 6, a magnitude da radiação varia com
o comprimento de onda e o termo espectral é usado para se referir à natureza dessa
dependência (INCROPERA, 2008). A unidade de comprimento de onda é o micron (1
μm=10-6 m) e a faixa pertinente à radiação térmica (0,1 – 100 μm) inclui uma parcela
da radiação ultravioleta (UV) e toda a parte visível e infravermelha. O tipo de radiação
varia conforme o comprimento de onda, que depende da temperatura da superfície
emissora. Quanto menor for o comprimento de onda maior será a quantidade de
energia emitida. Logo percebe-se o perigo que representam os raios-X e os raios
gama, pois têm alto poder destrutivo (LAMBERTS et al, 2008; WELTY et al., 2008).
A radiação também pode ser classificada em duas categorias: não-ionizante
e ionizante. A não-ionizante é aquela cujas ondas não possuem energia suficiente
para alterar os átomos da matéria, ou seja, não é capaz de ionizar a matéria. A
radiação não ionizante não tem energia capaz de extrair elétrons; no máximo “abala”
a estrutura molecular. Ela é transmitida desde os grandes comprimentos de onda
como redes de transmissão, ondas de rádio, de micro-ondas, radiação solar com suas
composições infravermelho, visível em ultravioleta, etc. Já a radiação ionizante é
aquela que tem energia suficiente para extrair elétrons da matéria formando íons,
sendo, assim, muito perigosa. Como exemplos, temos os raios-X, raios gama etc. A
radiação ionizante é transmitida em comprimentos de onda muito pequenos (REAL,
2008; COUTINHO, 2015).
3.5.1 Corpo Negro
Todo corpo com temperatura superior a 0K absorve e emite radiação, em
frequências características, definindo seus espectros de absorção e emissão, que são
funções da composição, da temperatura e do acabamento superficial do objeto.
Assim, um corpo negro é um corpo ideal que absorve toda a radiação incidente, seja
qual for a frequência da radiação. Por outro lado, o corpo negro também emite a maior
quantidade possível de energia por radiação na forma de ondas eletromagnéticas.
Deste modo, há um equilíbrio entre a energia absorvida e a emitida. O espectro de
emissão de um corpo negro é característico, e depende apenas da temperatura. Em
outras palavras, a intensidade da radiação emitida em função do seu comprimento de
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onda (ou seja, o seu espectro) será função apenas da temperatura, não importando o
material de que um corpo negro específico seja feito (ELENO, 2014).
Conforme Lia e Quites (2013) corpo negro, ou irradiador ideal, é um corpo que
emite e absorve, a qualquer temperatura, a máxima quantidade possível de radiação
em qualquer comprimento de onda. O irradiador ideal é um conceito teórico que
estabelece um limite superior de radiação de acordo com a segunda lei da
termodinâmica. É um conceito teórico padrão com o qual as características de
radiação dos outros meios são comparadas. Embora a radiação emitida de um corpo
negro seja função do comprimento de onda e da temperatura, ela é independente da
direção. Isto é, o corpo negro é um emissor difuso.
Nenhuma superfície possui exatamente as propriedades de um corpo negro.
No entanto, uma boa aproximação para a radiação de corpo negro pode ser obtida
considerando um objeto oco, cujas paredes, sendo isolantes, não permitem grandes
perdas de calor por condução para o meio externo. Se, neste objeto oco (que
chamamos de cavidade), fizermos uma pequena abertura, pela qual a radiação da
cavidade possa escapar, teremos uma boa aproximação de um corpo negro
(VALADEZ, 2002; INCROPERA, 2008).
O corpo negro absorve toda radiação que nele incide, isto é, sua absorvidade
é igual a 1 e sua refletividade é nula, decorrendo deste último fato seu nome (negro).
O corpo negro não tem cor à reflexão mas pode ter cor à emissão. Todo absorvente
é bom emissor. Logo, o corpo negro, além de absorvedor ideal, é também um emissor
ideal. Sua emissividade é igual a 1 (AMORIM, 2011).
O fluxo máximo de calor emitido por uma superfície é obtido em função da
comparação deste a um corpo negro, ideal (equação 20):
�̈� = 𝝈𝑻𝒔𝟒 (20)
Onde:
q= Energia emitida por unidade de área da superfície (W/m2)
Ts= temperatura absoluta (K) da superfície
σ = constante de Stefan-Boltzmann (σ = 5,67 x 10-8 W/m².K4).
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Essa equação simples, porém, importante, é conhecido como Lei de Stefan-
Boltzmann. Ela permite calcular a quantidade de radiação emitida em todas as
direções e ao longo de todos os comprimentos de onda simplesmente a partir do
conhecimento da temperatura do corpo negro (INCROPERA, 2008).
O fluxo de calor emitido por uma superfície real é menor do que aquele emitido
por um corpo negro à mesma temperatura. Neste caso, uma propriedade radiativa ε,
emissividade, dentro do intervalo 0 <ε < 1(esta propriedade indica a eficiência de
emissão da superfície em relação a um corpo negro), é multiplicado ao fluxo máximo
(W/m²) emissível por uma superfície ideal, resultando na equação (21):
𝒒" = 𝜺𝝈𝑻𝒔𝟒 (21)
Considerando o caso frequente em que uma pequena superfície se encontra
envolvida por outra muito maior, a taxa líquida de troca de radiação entre a superfície
e a sua vizinhança pode ser expressa de acordo com a equação (22):
𝒒𝒓𝒂𝒅 = 𝜺𝝈𝑨(𝑻𝒔𝟒 − 𝑻𝒗
𝟒) (22)
Onde:
A = área da superfície envolvida, em m2
ε = emissividade, adimensional
Tv= temperatura da vizinhança, em K
No balanço térmico a radiação térmica é caracterizada pela temperatura
radiante média. Esta temperatura, como já explanada, é a temperatura uniforme de
um ambiente imaginário em que a transferência de calor radiante a partir do corpo
humano é igual a transferência de calor radiante no recinto não uniforme real
(HALAWA, 2014).
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3.6. DESEMPENHO
A Ergonomia é definida de um modo simples como a ciência que estuda a
interação Homem-Máquina, sendo o seu principal objetivo a adaptação do trabalho ao
Homem. O termo Ergonomia deriva dos termos gregos ergon (trabalho) e nomos (leis)
e consiste em uma disciplina de orientação sistêmica que se aplica a todos os
aspectos de atividade humana, levando em consideração fatores físicos, cognitivos,
sociais, organizacionais e ambientais (MÁSCULO,2011).
Hedge (2006) na International Encyclopedia of Ergonomics and Human
Factors cita várias definições de Ergonomia, entre as quais a da Ergonomics
Association Executive Council (2000) que a caracteriza a ergonomia como “a
disciplina científica interessada na compreensão das interações entre o homem e
outros elementos de um sistema, e a profissão que aplica a teoria, princípios, dados
e métodos de projeto com vista a otimizar o bem-estar humano e a performance de
um sistema global”. Esta última definição, apesar de extensa, engloba várias das
ideias associadas à ergonomia, mostrando que esta tem em vista a concepção de
sistemas seguros e eficientes, bem como o conforto do indivíduo (RODRIGUES,
2009).
A Ergonomia promove uma abordagem holística do trabalho centrada na
concepção no ser humano, que considera os sistemas físicos, cognitivos, sociais,
organizacionais, ambientais e outros fatores relevantes, tendo como domínios de
especialização dentro dos fatores humanos a Ergonomia Física, Cognitiva e
Organizacional (VASCONCELOS, 2015; IEA,2000):
Ergonomia Física: relaciona-se com as características da anatomia humana,
antropometria, fisiologia e biomecânica em sua relação à atividade física. As
áreas relevantes incluem o estudo da postura no trabalho, manuseio de
materiais, distúrbios músculos esqueléticos relacionados ao trabalho,
movimentos repetitivos, saúde e segurança.
Ergonomia Cognitiva: refere-se aos processos mentais, tais como percepção,
raciocínio e resposta motora, memória, conforme afetam as interações entre
seres humanos e outros elementos de um sistema. As áreas relevantes incluem
tomada de decisão, estudo da carga mental do trabalho, desempenho
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especializado, estresse, interação homem- computador conforme esses se
relacionem a projetos envolvendo seres humanos e sistemas.
Ergonomia Organizacional: Concerne à otimização dos sistemas sociotécnicos,
incluindo suas estruturas organizacionais, políticas e processos. As áreas
relevantes incluem comunicação, gerenciamento de recursos de tripulações,
projeto de trabalho, trabalho em grupo, trabalho cooperativo e cultura
organizacional.
Conforme Ximenes (2014) geralmente são considerados três tipos de efeitos
do ambiente físico sobre as pessoas: os que afetam a saúde, os que afetam o conforto
e os que afetam o desempenho. O corpo humano não é um sistema passivo, por
conseguinte cada resposta depende de um grande número de fatores, nomeadamente
das características próprias de cada corpo, da natureza dos estímulos, da forma como
os estímulos são percebidos, de experiências passadas das pessoas, do estado
emocional e das diferenças individuais. É tendo em atenção os fatores físicos,
fisiológicos e psicológicos, que a Ergonomia consegue fornecer soluções práticas para
os problemas relacionados com a forma como as pessoas respondem ao ambiente.
A Ergonomia Cognitiva, que se refere aos processos mentais, busca
compreender como o indivíduo gerencia a situação de trabalho e as informações que
recebe. Atualmente se intensificaram as pesquisas com foco na situação de trabalho
e as informações que recebe, através da utilização de percepção, memória, raciocínio
e resposta motora, incluindo tópicos como o estudo da carga mental de trabalho,
tomada de decisão, desempenho especializado e estresse (AYAZ et al., 2010;
ABERGO, 2015).
Conforme Beber et al. (2006) a neuropsicologia é a ciência que tem por objeto
o estudo das relações entre as funções do sistema nervoso e o comportamento
humano. É através dela que pode-se compreender os processos mnêmicos,
perceptivos, de aprendizado e de solução de problemas, dentre outras atividades
cognitivas. Com relação a neuropsicologia cognitiva, refere-se fundamentalmente ao
estudo do processamento da informação obtida, ou seja, das diferentes operações
mentais necessárias para a execução de determinadas tarefas. Estas operações são
processos que manipulam as representações mentais, ou seja, tomam uma
representação como um dado de entrada, executam algum tipo de processamento
59
sobre esse dado, e então produzem uma nova representação, o dado de saída
(GAZZANIGA, 2009).
O comportamento segundo Capovilla (2007) pode ser dividido em três
grandes sistemas funcionais:
Funções cognitivas: envolvem os aspectos do comportamento relacionados ao
processamento de informação. Dividem-se em quatro classes, por analogia às
operações computacionais de input, estocagem, processamento e output, que
são: funções receptivas (percepção), memória, pensamento e funções
expressivas, além de variáveis como nível de alerta, atenção e taxa de
atividade ou velocidade.
Aspectos emocionais: incluem as variáveis de personalidade e emoção.
Funções executivas: refletem a capacidade do sujeito de engajar-se em
comportamento independente, proposital e auto-regulado. Ou seja, como uma
pessoa faz algo, diferindo das funções cognitivas que representam o que e
quanto uma pessoa consegue fazer.
A avaliação psicológica baseada na neuropsicologia cognitiva tem por objetivo
explicar os processos relacionados às atividades mentais superiores do ser humano,
correlacionando-os com o funcionamento neurológico. Com este fim, diferentes testes
abordando áreas como atenção, processamento visoespacial, linguagem oral,
linguagem escrita, funções executivas e habilidades aritméticas foram desenvolvidos,
sendo diversos deles informatizados, facilitando o registro de parâmetros como tempo
de reação e duração da resposta.
Lan et. al. (2011) associaram as funções cognitivas solicitadas em cada
processo a variáveis mensuráveis (figura 7). Com isso, os autores puderam avaliar
sistematicamente o efeito do ambiente sobre o desempenho dos indivíduos através
de testes psicométricos sobre as funções neurocomportamentais.
60
Figura 7 – Esquema neurocomportamental para avaliação da produtividade de trabalho de escritório
Fonte: Adaptado de Lan (2011) por Vasconcelos (2015)
Com base em estudos como de Lan et al (2011) e Vasconcelos (2015)
entende-se que é possível avaliar a produtividade de trabalhos não repetitivos, através
das funções cognitivas solicitadas para a realização do trabalho, com o auxílio de
testes psicométricos assossiados às funções cognitivas.
3.6.1 Aprendizagem, inteligência e bateria de provas de raciocínio
A aprendizagem é um processo contínuo, que opera sobre todos os dados
que alcançam um umbral de significação, dependendo essencialmente, da memória
e da atenção. A capacidade de especialização cerebral em armazenar dados para sua
utilização posterior permite através da memória, cofidificar e decodificar informações.
Este fenômeno resulta da recepção e da troca de informações entre o meio ambiente
e os diferentes centros nervosos. Assim, a aprendizagem inicia com um estímulo de
natureza físico-química advindo do ambiente que é transformado em impulso nervoso
pelos órgãos dos sentidos (BEBER et al., 2006).
A aprendizagem consiste em uma alteração relativamente duradoura de
61
comportamento e conhecimento envolvendo processos mentais, que ocorre como
resultado da experiência externa ou interna dos indivíduos. A psicologia aborda o
processo nas diferentes áreas: behaviorismo, cognitivismo, psicanálise e humanismo.
(TINOCO, 2007; VASCONCELOS, 2015).
Conforme Inácio (2007), existem fatores internos ao indivíduo que fazem parte
integrante da sua personalidade e da sua vivência, enquanto seres sociais, e que
condicionam a aprendizagem. Estes podem ser de natureza cognitiva como a
atenção, concentração, memória, associação, compreensão, abstração, intuição,
criatividade; como de natureza psicossocial como a responsabilidade, conhecimentos
prévios e referências, pragmatismo, resistência à mudança, medo de errar e
preocupação com a imagem, relação com o poder/autoridade.
Um dos processos mentais relacionados que nos permitem adquirir, reter e
recuperar informações é a memória. A memória pode ser definida como a capacidade
de um organismo alterar seu comportamento em decorrência de experiências prévias.
É um processo cognitivo que consiste na retenção e recuperação da informação
(PINTO, 2001). A aprendizagem é o processo através do qual se adquire
conhecimento, já a memória é o processo pela qual essa aprendizagem é codificada,
retida e posteriormente recuperada. Assim, a aprendizagem é um processo pelo qual
se adquire novos conhecimentos, por sua vez a memória é o processo pelo qual os
conhecimentos aprendidos são retidos.
Conforme Albuquerque (2001), o conceito de memória pode ser orientado por
três perspectivas diferentes. Primeiro a memória foi referida como uma representação
interna do que foi aprendido, sendo neste caso, autobiográfica, uma vez que estaria
referenciada no episódio de processamento. Logo em seguida a memória é
considerada como um processo que conduz à recordação. Pode ser então definida
como o conjunto dos processos de codificação, retenção e recuperação da
informação. Na última perspectiva, a memória consiste na sua interpretação como
uma estrutura, permitindo assim, a distinção em memórial sensorial, memória de curto
prazo e memória de longo prazo.
Costa (2012), descreve que os psicólogos cognitivos identificam três
operações comuns da memória: codificação, armazenamento e recuperação.
62
Codificação: processo de transformar a informação de forma que possa ser
introduzida e retida pelo sistema da memória
Armazenamento: retenção de informação na memória podendo ser utilizado
posteriormente. A retenção pode permanecer por períodos mais ou menos
longos. Para que seja recordada, a experiência codificada tem de deixar algum
registo no sistema nervoso.
Recuperação: consiste em resgatar informação armazenada tornando-a
consciente.
Ainda segundo a autora, os principais sistemas de memória são a memória
sensorial, a memória de curto prazo e a memória de longo prazo, estes são processos
sequenciais e operam de modo diferente.
O sistema de memória sensorial envolve a associação entre um significado e
um padrão sensorial. Trata-se de um sistema de memória que, por meio da percepção
da realidade pelos sentidos, retém por alguns segundos a imagem detalhada da
informação sensorial recebida por algum dos orgãos dos sentidos. É responsável pelo
processamento inicial da informação sensorial e da sua codificação.
A memória de curto prazo recebe as informações anteriormente codificadas
pelos mecanismos de reconhecimento de padrões da memória Sensorial-Motora e
retém as informações por alguns segundos, talvez alguns minutos, para que sejam
utilizadas, eliminadas ou até mesmo armazenadas e a memória de Longo Prazo, que
obtém as informações da memória de curto prazo e armazena-as. A sua capacidade
de armazenamento é ilimitada e as informações ficam armazenadas por períodos de
tempo muito longos.
Para solucionar problemas o ser humano direciona o pensamento e o
comportamento para atingir um objetivo que ainda não está disponível. Ao utilizar a
aprendizagem e a memória, o indivíduo adquire e lembra o conteúdo de acordo com
a percepção que é subjetiva. Todas as habilidades cognitivas estão envolvidas na
compreensão e na produção da linguagem. A linguagem é usada para raciocinar,
representar e solucionar problemas, tomar decisões, podendo influenciar no
pensamento de várias formas (VASCONCELOS, 2015).
Já a inteligência permanece assumida como um conjunto de habilidades
cognitivas dos indivíduos necessárias à sua adaptação, no fundo, à sua sobrevivência.
63
Nesta linha, inteligência tem a ver com a capacidade de julgamento, aptidão para
formar associações complexas, planejar, resolver problemas e aprender com as
situações (ALMEIDA et al., 2010).
Os modelos teóricos sobre a inteligência são variados, mas é importante
destacar aqueles que tiveram maior contribuição para a elaboração da Bateria de
Provas de Raciocínio (BPR-5), instrumento utilizado nesta dissertação. O modelo
bifatorial de inteligência de Spearman (COHEN et al., 2014) postula que existe um
fator de capacidade intelectual geral (g) que representa a variância comum a todos os
testes de Inteligência. Essa teoria foi formulada a partir de métodos que mensuram a
correlação entre testes, através dos quais observou-se que as medidas de inteligência
se correlacionam em muitos graus.
O modelo Cattell-Horn-Carroll (CHC) é uma articulação entre a Teoria
Hierárquica da Inteligência Fluída e Inteligência Cristalizada de Cattell-Horn com a
Teoria dos Três Estratos das Habilidades Cognitivas de Carroll (COHEN et al., 2014).
Campos (2005) afirma a existência do fator g no terceiro estrato do modelo CHC. No
segundo estrato são encontradas as chamadas habilidades amplas, dentre as quais
estão incluídas a inteligência fluída (Gf) e inteligência cristalizada (Gc) (CAMPOS,
2005). No primeiro estrato desse modelo existem aproximadamente 65 habilidades
específicas que derivam do estrato anterior.
A Bateria de Provas de Raciocínio (BPR-5) , segundo Primi e Almeida (2000),
é constituída por 5 subtestes que medem a capacidade cognitiva dos indivíduos, a
saber: Prova de Raciocínio abstrato (RA), Prova de Raciocínio Verbal (RV), Prova de
Raciocínio numérico (RN), Prova de Raciocínio espacial (RE) e Prova de Raciocínio
mecânico (RM). Esses testes possibilitam avaliar aptidões específicas, além do fator
g (BAUMGARTL, 2004). No entanto, não é dada ênfase ao fator g devido a sua pouca
contribuição para fins pedagógicos. A BRP-5 se a propõe medir a Inteligência
Cristalizada (Gc) e Inteligência Fluída (Gf), no qual ambas são fatores do segundo
estrato da teoria CHC (CAMPOS, 2005).
A Baterias de Prova de Raciocínio (BPR-5) consiste em um instrumento de
avaliação das habilidades cognitivas que oferece estimativas do funcionamento
cognitivo geral e das forças e fraquezas em cinco áreas específicas, analisadas por
64
meio de cinco subtestes, detalhados no quadro 3.
Quadro 3 – Baterias de Prova de Raciocínio (BPR-5) e seus cinco subtestes: Raciocínio verbal,
abstrato, mecânico, espacial, numérico
Prova Descrição Capacidade Específica Associação à teoria CHC
Raciocínio verbal (RV)
Prova composta por 25 itens envolvendo nalogia entre palavras. (Duração: 10 minutos)
Extensão do vocabulário; Capacidade de estabelecer relações abstratas entre conceitos verbais
- Inteligência fluida
-Inteligência cristalizada
Raciocínio Abstrato (RA)
Prova composta por 25 itens de conteúdo abstrato, envolvendo analogia com figuras geométricas. (Duração: 12 minutos)
Capacidade de estabelecer relações abstratas em situações novas para as quais se possui pouco conhecimento previamente aprendido;
- Inteligência fluida
Raciocínio Mecânico (RM)
Prova composta por 25 itens constituídos por gravuras que retratam um problema físico-mecânico e opção de resposta. (Duração: 15 minutos)
Conhecimento prático de mecânica e física; Capacidade de integrar as informações em textos com a figura descritiva da situação-problema
- Inteligência fluida
-Conhecimentos práticos mecânicos
Raciocínio Espacial (RE)
Prova composta por 20 itens envolvendo os movimentos tridimensionais de uma série de cubos. (Duração: 18 minutos)
Capacidade de visualização, isto é, em formar representações mentais visuais e manipulá-las, transformando-as em novas representações;
- Capacidade de processamento visual
- Inteligência fluida
Raciocínio Numérico (RN)
Prova comporta por 20 itens envolvendo a relação aritmética de uma série linear ou alternada de números. (Duração: 18 minutos)
Capacidade de raciocínio com símbolos numéricos em problemas quantitativos Conhecimento de operações aritméticas básicas.
- Inteligência fluida
-Conhecimento quantitativo
Fonte: Siqueira (2015)
A BPR-5 (versão brasileira) é dividida nas formas A e B, na qual a primeira foi
desenvolvida especialmente para alunos entre a 7ª e 9ª série do ensino fundamental,
enquanto que a segunda se destina a alunos a partir do ensino médio (BAUMGARTL,
2004).
De acordo com Vasconcelos (2015) para pontuação dos raciocínios, os
escores brutos, constituídos pela soma dos acertos em cada subteste, são convertidos
65
em EPNs (Escore-Padrão Normalizados), com média 100 e desvio padrão 15.
Também é convertido em EPN o total de acertos em todos os subtestes da bateria.
Além da pontuação em EPN, o manual do teste também fornece os valores em
percentuais para que seja possível a comparação de acertos dos sujeitos em relação
ao grupo original de padronização da bateria, tanto para os cinco subtestes, quanto
para o escore do total de acertos.
Dessa forma o BPR-5 através da configuração das cinco notas, indica as
capacidades mais e menos desenvolvidas da pessoa para cada uma das habilidades
avaliadas. O Escore Geral (EG), obtido com a somatória dos acertos nos subtestes,
fornece dados sobre a capacidade geral de raciocínio analítico para resolver
problemas relativamente novos nos quais a solução depende minimamente de
estratégias automáticas anteriormente aprendidas; a capacidade de manusear
mentalmente um grande número de elementos de informação; e a capacidade de
planejar e executar efetivamente uma estratégia analítica-sintética de raciocínio
(SIQUEIRA, 2015).
3.7. MODELOS LINEARES GENERALIZADOS
Os Modelos Lineares generalizados (MLGs) correspondem a uma grande
classe de modelos estatísticos, todos com o objetivo de relacionar a variável resposta
com a combinação linear de variáveis explicativas. Estes modelos permitem, além de
modelos de regressão para variáveis resposta contínuas, modelos de regressão para
taxas e proporções, para dados binários, para dados ordinais, para variáveis
multinomiais e contagens, entre outros (ALLENDER et al., 2008).
Pesquisas de natureza experimental, entre as quais se insere esta
dissertação, normalmente enfrentam problemas em que o objetivo principal é estudar
a relação entre variáveis. Ou seja, que influência uma ou mais variáveis explicativas,
obtidas em indivíduos ou objetos, tem sobre uma variável de interesse. O problema é
abordado geralmente através do estudo de um modelo de regressão que relacione
essa variável de interesse com variáveis ditas explicativas. Porém, as relações entre
as diversas variáveis podem não apresentar o mesmo comportamento ao longo de
todos os valores do seu domínio e, mesmo se o apresentarem, a intensidade da
66
associação pode não ser constante (TURKMAN, 2000; VASCONCELOS, 2015).
Conforme Pereira (2006) o modelo linear generalizado é definido por uma
distribuição de probabilidade, membro da família exponencial de distribuições, para
variável resposta, um conjunto de variáveis independentes descrevendo a estrutura
linear do modelo e uma função de ligação entre a média da variável resposta e a
estrutura linear. Várias distribuições de probabilidade importantes (discretas ou
contínuas) como normal, gama, poisson, binomial, normal inversa, etc., são membros
da família exponencial e os seguintes modelos são casos especiais dos MLGs:
modelo logístico; modelo log-linear; modelo probit; modelo normal linear; modelos
estruturais com erro gama e outros modelos familiares.
De acordo com Abreu (2013) uma abordagem de modelo matemático feita
através de um MLG oferece várias vantagens tais como:
Fornecer uma estrutura teórica geral para a maioria dos modelos estatísticos
usados na prática;
Simplificar a implementação destes diferentes modelos nos diferentes
softwares estatísticos, uma vez que essencialmente o mesmo algorítmo pode
ser utilizado para estimação, inferência e avaliação da adequação do modelo
para todos os MLGs
Portanto os MLGs são uma extensão dos modelos lineares que englobam os
modelos com variável resposta de distribuição não normal. Esta extensão só foi
alcançada após o reconhecimento de que muitas das propriedades da distribuição
normal eram também partilhadas pelas distribuições de família exponencial, nas quais
se encontram incluídas distribuições como a Bernoulli, a binomial, a Poisson, a
exponencial, a gama, a binomial negativa, a multinomial (VENABLES, 2002).
De acordo com Cordeiro e Demétrio (2008), os MLG foram propostos para
aplicações onde a variável de resposta pode ser representada por alguma distribuição
da família de exponenciais, cujas funções densidade de probabilidades podem ser
expressas de acordo com a equação (23).
𝒇(𝒚; 𝜽, ∅) = 𝒆𝒙𝒑 {𝒚𝜽−𝒃(𝜽)
𝒂(∅)+ 𝒄(𝒚, ∅)} (23)
Onde:
67
a(ø), b(θ) e c(y,ø) são funções específicas
Parâmetro θ= parâmetro de localização
ø = Parâmetro de dispersão (muitas vezes denominado σ²)
A estrutura de um MLG consiste em três componentes: a primeira trata-se de
uma componente aleatória composta de uma variável aleatória Y com n observações
independentes, um vetor de médias µ e uma distribuição pertencente à família
exponencial; a segunda trata-se de uma componente sistemática composta por
covariáveis, ou variáveis independentes x1 ,..., xp tais que produzam um preditor linear
η e por fim uma função de ligação, que relaciona as duas componentes citadas
anteriormente (CORDEIRO e DEMÉTRIO, 2008). Para Fox (2008), as componentes
do MLG são assim representadas:
a) Componente aleatória: representado pelo conjunto de observações da variável
resposta, que pode ser de natureza contínua, discreta, qualitativa ordinal ou
dicotômica e que deverá possuir distribuição pertencente à família exponencial; de
acordo com a natureza da variável resposta, considera-se uma distribuição da
família exponencial: para dados contínuos as distribuições normal, gama e normal
inversa; para as proporções a binomial; e para as contagens Poisson ou binomial
negativa.
b) Componente Sistemática: também chamada de preditor linear, corresponde à
soma dos efeitos das variáveis explanatórias que se apresentam de forma linear
(equação 24)
𝒏 = 𝜷𝟎 + 𝜷𝟏𝒙𝟏 + 𝜷𝟐𝒙𝟐 + ⋯ + 𝜷𝒌𝒙𝒌 (24)
c) Componente Função de ligação: faz a ligação entre a componente aleatória e a
componente sistemática por meio de uma função conhecida, monótona e
diferenciável. Conforme Turkman e Silva (2000) as principais funções de ligação
são os presentes na tabela 3.
68
Tabela 3 – Principais funções de ligação
Função Representação
Expoente (μi + c1)c2
Recíproca 1/μi
Canônica 1/μi²
Identidade μi
Logaritma ln( μi)
Complementar log-log ln[ -ln (1- μ)]
Logit ln(μ/1-μ)
Inversa μi-1
Fonte: Turkman e Silva (2000)
Segundo Turkman (2000) e Pereira (2006), existem três etapas essenciais
para modelagem de dados através de uma MLG:
1. Formulação dos modelos: nesta fase deve-se ocorrer a escolha da Distribuição
para a variável resposta, de acordo com a natureza dos dados; as covariáveis
e formulação apropriada da matriz de especificação; e a função de ligação, que
deve ser compatível com a distribuição de erro proposto para os dados e com
o problema investigado
2. Ajustamento dos modelos: através da estimação dos parâmetros, ou seja, os
coeficientes β’s associados às covariáveis e do parâmetro de dispersão φ caso
ele esteja presente, ao estabelecimento de intervalos de confiança e testes de
ajustamento. Para se estimar os valores do vetor de parâmetros β de um MLG,
podem ser usados diversos métodos, dentre eles: Bayesiano, qui-quadrado
mínimo, estimação – M e o método de máxima verossimilhança. Este último
apresenta muitas propriedades ótimas, tais como, consistência e eficiência
assintótica, sendo este mais preferido e freqüentemente utilizado nos
programas computacionais
3. Seleção e validação dos modelos: tem como objetivo encontrar submodelos
com um número moderado de parâmetros que ainda sejam adequados aos
dados, detectar discrepâncias entre os dados e valores preditos, avaliar a
presença de outliers ou observações influentes, etc.
69
CAPÍTULO 4: PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Neste capítulo estão descritos os procedimentos metodológicos adotados
para a realização desta pesquisa. Assim, será abordada a caracterização da pesquisa
e sua tipologia em função da sua natureza, dos seus objetivos e dos procedimentos
técnicos. O capítulo é composto de alguns aspectos do estudo, como classificação,
amostra, procedimentos e instrumentos utilizados para coletar e analisar os dados.
4.1. Natureza e Classificação da Pesquisa
De acordo com Kauark (2010), o estudo se caracteriza, quanto a sua natureza,
como uma pesquisa aplicada, tendo em vista que objetiva gerar conhecimentos sobre
a influência da radiação térmica no desempenho de alunos para aplicação prática
dirigida à melhoria do conforto e da aprendizagem.
Quanto à abordagem, ela se classifica como quantitativa, pois tenta traduzir
em números, opiniões e informações classificando-as e analisando-as, usando de
técnicas estatísticas e recursos computacionais.
Quanto aos objetivos, a pesquisa é classificada como explicativa
experimental, devido ao intuito de explicar os efeitos dos fenômenos observados, por
meio do registro, da análise, da classificação e da interpretação dos dados.
Caracteriza-se, ainda quanto aos objetivos, como exploratória, porque visa
proporcionar maior entendimento sobre a radiação térmica, o conforto térmico e o
desempenho de estudantes; descritiva, porque descreve o conforto térmico e a
radiação térmica em relação ao desempenho de estudantes; assim como, explicativa,
porque procura verificar se a radiação térmica pode ter relação com o desempenho
dos estudantes, em situações de desconforto térmico.
Quanto aos meios, classifica-se como bibliográfica, porque utiliza material já
publicado como livros, teses, dissertações, artigos de periódicos, etc; e como
experimental, porque ao se desejar identificar a relação entre a radiação térmica e o
desempenho, faz-se necessário definir formas de controle dos parâmetros envolvidos.
70
4.2. Variáveis e indicadores
A figura 8 representa os fatores que podem contribuir para o aumento da
radiação térmica em ambientes de ensino providos de News ICT. Dentre eles pode-
se considerar: as condições térmicas externas - mudanças climáticas; o projeto
arquitetônico e os materiais que revestem a edificação; as tecnologias de
comunicação e informação do ambiente; sistemas de climatizaçãoe iluminação; e o
homem. Segundo Fanger (1972) o fator de área de radiação efetiva para os ambos os
sexos na posição sentada está no entorno de 0,696±0,017, o qual independe do sexo,
peso, da altura, da área de superfície e da característica do corpo humano, além de
se levar em consideração que o fator de área da roupa utilizada pelo homem é próximo
de 1,11±0,03 para pessoas sentadas, como as deste estudo, pois o aluno realizava
suas atividades na posição sentada. Logo, ao se investigar a troca de calor por
radiação e o ambiente deve se levar em consideração os fatores urbanos e humanos
(PARK, 2011).
Figura 8 – Fatores que podem contribuir com o aumento da radiação térmica
Assim, todos esses parâmetros mencionados podem contribuir para o
71
aumento da radiação térmica em um ambiente climatizado. Neste trabalho, os
ambientes de referência foram laboratórios de informática instituições de ensino
brasileira, onde foi investigada a radiação térmica através da relação entre a
temperatura de globo e a temperatura do ar, observando-se a variação da temperatura
radiante média, quando alunos desempenhavam atividades cognitivas.
Desta forma, o aumento da temperatura de globo em relação à temperatura
do ar (Tg> Ta) com possível efeito na elevação da temperatura radiante média (Trm)
pode estar associado a esses fatores ou ao conjunto destes. Quando houver registro
em que a temperatura de globo for significativamente superior à do ar, esta ocorrência
implicará no aumento da temperatura radiante média, a qual será superior à
temperatura de globo. Por conseguinte, torna-se importante investigar se este
aumento pode vir a interferir no desempenho cognitivo dos alunos.
O quadro 4 apresenta as variáveis que foram analisadas no presente estudo
bem como seus respectivos indicadores.
Quadro 4 - Variáveis e indicadores da pesquisa
VARIÁVEIS INDICADORES
Parâmetros de conforto
Térmicas
Temperatura de bulbo seco, ta (°C); Temperatura de globo, tg (°C)
Temperatura radiante média, trm (°C); Umidade relativa, UR (%); Velocidade do ar, v, (m/s);
Desempenho dos estudantes
Raciocínio Desempenho Total
Arquitetura do ambiente
Elementos arquitetônicos
Recomendações de projeto arquitetônico segundo Roriz (1996)
4.3. População e amostra
O estudo foi realizado no Brasil em laboratórios de informática (LIs)
climatizados com News ICT (sistemas multimídia, wireless, climatização e de
iluminação; personal computers, laptops, impressoras on-line) nas seguintes
instituições: Universidade Federal do Piauí (UFPI), Teresina-Piauí (A); Universidade
Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis – Santa Catarina (B); Universidade
de Brasília (UnB)-Campus Gama, Brasília- Distrito Federal (C); Universidade Federal
72
do Vale do São Francisco (UNIVASF), Petrolina-Pernambuco (D); Instituto de Ciências
Matemáticas e de Computação (ICMC) da Universidade de São Paulo (USP), São
Carlos- SP (E); Universidade Federal do Amazonas (UFAM), Manaus – Amazonas
(F); Centro de Educação da Academia de Polícia Militar da Paraíba, João Pessoa,
Paraíba (G). O número de participantes por instituição, localidade e os dados
relacionados ao período das coletas realizadas durante três dias consecutivos estão
sumarizados no quadro 5.
Quadro 5 – Localidade, tamanho da amostra e período das coletas por Instituição
Instituição Localidade Tamanho da amostra Período
A – UFPI Teresina- PI 28 estudantes 15 a 17/09/2015
B- UFSC Florianópolis- SC 19 estudantes 21a 23/03/2016
C- UnB Brasília -DF 18 estudantes 26 a 28/04/2016
D- UNIVASF Petrolina- PE 15 estudantes 23 a 25/05/2016
E- ICMC São Carlos- SP 15 estudantes 17 a 19/11/2014
F – UFAM Manaus -AM 28 estudantes 01 a 03/08/2016
G – CE da PM João Pessoa -PB 40 estudantes 18 a 20/07/2012
4.4. Instrumentos de coleta de dados
Os dados foram obtidos durante a realização das medições nos LIs, sendo
uma sessão por dia. Em cada LI as medições foram efetuadas a três níveis de
temperatura de bulbo seco do ar (ta), 20°C, 24°C e 30°C, conforme os preceitos das
normas ASHRAE 55-2010, ISO 7726/2002 e ISO 7730/2005. Todos os dados foram
medidos em períodos contínuos ao longo de todo a coleta, com intervalo de 1 minuto,
no sentido de verificar a constância das condições do ambiente térmico.
Em uma sessão prévia, os alunos foram orientados sobre a finalidade da
pesquisa e quais os tipos de questionários e testes que seriam utilizados. Além disso,
foi feita uma explanação sobre a natureza das questões dos testes de raciocínio. Os
alunos que mostraram interesse em participar da pesquisa assinaram o Termo de
Consentimento Livre e Esclarecido (anexo 1). As atividades realizadas pelos alunos
durante as medições ocorreram por meio de Personal Computers (PCs) e/ou laptops
(Instituição G) para acessar o endereço eletrônico (link) contendo uma bateria de
testes de raciocínios. O link para cada dia de testes só foi disponibilizado no momento
73
de sua realização, evitando assim que os participantes tomassem conhecimento das
questões previamente.
Os estudantes foram orientados a utilizar roupas similares nos três dias de
coleta. Ressalta-se que antes dos alunos serem submetidos aos testes de raciocínio
nos laboratórios de informática, eles foram conduzidos a uma sala com condições
climáticas favoráveis, proporcionando um período de descanso para estabilização de
seus organismos, a qual foi constatada através de suas pressões arteriais, avaliadas
pelo monitor de pressão arterial automático modelo HEM-7220 e tensiômetro Polar
FT7. Após a realização das medições, as atividades dos alunos seguiram
normalmente, e a temperatura foi novamente ajustada, de acordo com o habitual.
4.4.1 Variáveis Térmicas
As medições das variáveis térmicas temperatura de bulbo seco (Ta),
temperatura radiante média (Trm), temperatura de globo (Tg) e umidade relativa (UR)
foram coletadas por meio da estação microclimática BABUC A e do medidor de
estresse térmico TGD300 (figura 9), que permitem a gravação dos dados mediante a
criação de um arquivo local, assim como transferência dos mesmos para um
computador, onde podem ser processados através de aplicativos especializados ou
com o auxílio de planilhas eletrônicas. O equipamento atende às exigências da Norma
ISO 7726 (2002). A velocidade do ar foi considerada constante, V= 0,1 m/s, estimativa
para ambientes fechados (COUTINHO,2005; ASHRAE 55-2010).
Seguindo o que estabelece a norma ISO 7726 (2002), e tendo em vista que
os ambientes apresentavam uniformidade na distribuição das temperaturas, a estação
microclimática foi instalada nos centros dos laboratórios, a 0,6m de altura em relação
ao solo, tendo em vista que os alunos se encontravam sentados. Estas medidas para
cada dia e instituição foram feitas de forma individualizada, através da média dos
dados registrados no período dos testes de cada aluno. Os equipamentos foram
programados para registrar as medidas a cada 1 minuto, a partir da entrada dos alunos
na sala de aula. Para estabilização, os equipamentos foram instalados nos
laboratórios 30 minutos antes de iniciar a coleta.
74
Figura 9 - Estação microclimática BABUC-A e TGD-300
a) Psicrômetro; b) Termômetro de globo. Fonte: Vasconcelos (2015)
Os transdutores conectados ao equipamento efetuam as medições das
variáveis ambientais e possuem as seguintes características:
a) Psicrômetro de aspiração: o psicrômetro efetua a medição da temperatura
do ar ou temperatura de bulbo seco, Tbs, bem como a medição da
temperatura de bulbo úmido, Tbu, com resolução de 0,03 K, precisão de
±0,13 K, tempo de resposta de 90 s, campo de medição de -20ºC a 60ºC,
fornece o valor da umidade relativa do ar com resolução de 0,1%, precisão
de ±0,5% de 70 a 98%, ±1% de 40 a 70% e ±2% de 15 a 40%, campo de
medição de 0 a 100%.
b) Termômetro de Globo: a temperatura de globo, juntamente com a
temperatura de bulbo seco e velocidade do ar, é necessária para a obtenção
da temperatura média radiante. O termômetro de globo possui um globo
pintado de negro, com emissividade ͼ igual a 0,95, e diâmetro externo de
0,15 m,tendo resolução de 0,03ºC, precisão de ±0,15ºC, tempo de resposta
de 20 min, campo de medição de10ºC a 100ºC.
4.4.1.1 Análise dos parâmetros térmicos Tg, Ta e Trm
a
b
75
No sentido de verificar se há ou não troca de calor por radiação entre o aluno
e seu ambiente de ensino, hipóteses foram testadas à luz da equação da temperatura
radiante média (equação 25), de acordo com a ISO 7726 (2002), a saber:
a. Se Tg = Ta, então Trm = Tg, donde não há troca de calor por radiação
b. Se Tg > Ta, então Trm aumenta proporcionalmente à elevação da Tg,
caracterizando assim troca de calor por radiação
c. Se Tg < Ta, então Trm decresce proporcionalmente à diminuição da Tg,
constatando assim não haver troca de calor por radiação
𝑇𝑟𝑚 = √𝑇𝑔4 +ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎. (𝑇𝑔 − 𝑇𝑎)
4 (25)
As demonstrações das três hipóteses acima estão apresentadas no Apêndice
A.
4.4.2 Desempenho dos estudantes
Concomitantemente à realização das medições térmicas nos LIs, avaliando
principalmente o comportamento da temperatura de globo em relação à temperatura
do ar (Tg-Ta), os alunos realizaram atividades vinculadas à Bateria de Provas de
Raciocínio (BPR-5) com o propósito de determinar o desempenho cognitivo geral ao
longo das variações climáticas nos LIs. Conforme Almeida e Primi (2004), a BPR-5 é
um instrumento para auxiliar os profissionais no psicodiagnóstico, seleção
profissional, orientação profissional, avaliação escolar, entre outras áreas, para
verificar o funcionamento cognitivo geral. As aptidões que podem ser avaliadas pelas
cinco provas que compõem o instrumento são: Raciocínio Abstrato (RA), Raciocínio
Verbal (RV), Raciocínio Espacial (RE), Raciocínio Numérico (RN) e Raciocínio
Mecânico (RM).
Optou-se por decompor a BPR-5 e reorganizá-lo em 3 testes resumidos de
mesmo nível de dificuldade, a serem aplicados a cada dia. Para este fim, Siqueira
(2015) elaborou um survey na plataforma Qualtrics.com, que possibilitou a aplicação
e medição do tempo de resposta de cada questão. O valor do número de acertos pôde
variar de 0 a 20, visto que o teste de raciocínio total consistia no somatório das notas
76
nos 5 subtestes, dos quais cada subteste era composto de 4 questões, sendo 1 o valor
de cada questão. Cada bateria de testes foi composta de 4 questões referentes a cada
teste de raciocínio, como apresentado no quadro 6.
Quadro 6- Subtestes de Raciocínio baseados na BPR-5
Teste Descrição
Raciocínio verbal (RV)
Consiste em 4 itens em que a relação analógica existente entre um primeiro par de palavras deverá ser descoberta e aplicada de forma que identifique a quarta palavra entre as cinco alternativas de resposta que mantenha a mesma relação com uma terceira apresentada. (Duração: 4 minutos)
Raciocínio Abstrato (RA)
Prova composta por 4 itens em que é necessário que se descubra a relação existente entre os dois primeiros termos e aplicá-la ao terceiro, para se identificar a quarta figura entre as cinco alternativas de resposta. (Duração: 8 minutos)
Raciocínio Mecânico (RM)
Prova composta por 4 itens constituídos por gravuras que retratam um problema e opção de resposta. As questões são compostas por problemas práticos que envolvem conteúdos físico-mecânicos. A resposta é dada escolhendo-se entre as alternativas de resposta aquela que melhor responde à questão proposta pelo problema. (Duração: 8 minutos)
Raciocínio Espacial (RE)
Prova composta por 4 itens nos quais existem séries de cubos tridimensionais em movimento. Os movimentos podem ser constantes, por exemplo, sempre para a direita, ou alternados, por exemplo, para esquerda e para cima. Descobrindo-se o movimento, por meio da análise das diferentes faces, deve escolher-se entre as alternativas de resposta a representação do cubo que se seguiria se o movimento descoberto fosse aplicado ao último cubo da série. (Duração: 10 minutos)
Raciocínio Numérico (RN)
Prova composta por 4 itens na forma de séries de números lineares ou alternadas, em que o sujeito deve descobrir qual a relação aritmética que rege as progressões nas séries e aplicá-la respondendo quais seriam os dois últimos números que completariam a série. (Duração: 10 minutos)
Fonte:Vasconcelos (2015)
Quanto à dificuldade dos testes, Campos (2005) apresenta uma classificação
de cada item em categorias: classe gramatical e tipo de relação entre as palavras para
Raciocínio verbal (RN); tamanho da sequência numérica, operações matemáticas
utilizadas, número de sequências lógicas utilizadas e complexidade das sequências
lógicas para prova de Raciocínio numérico (RN); tipos de regras de modificação e
número de tipos de regras de modificação para prova de Raciocínio abstrato(RA);
número de eixos de rotação, sentidos de rotação, faces visíveis dos cubos e presença
de estímulos visuais nas bordas das faces dos cubos para Raciocínio espacial (RE);
e tipo de conhecimento em Física referente a prova de Raciocínio mecânico (RM).
A partir desta classificação e categorização, os itens similares foram
distribuídos aleatoriamente entre os testes. Os testes foram distribuídos
randomicamente, de forma que cada aluno respondesse a um teste a cada dia e ao
final do período da pesquisa tivesse respondido o total de três testes de raciocínio.
77
Segundo Almeida e Primi (2004) o desempenho pode ser classificado em 3
faixas: capacidade abaixo da média com resultados de acertos até 25%; capacidade
média com resultado total de acertos acima de 25% e até 75%; capacidade acima da
média com resultado de acertos superior a 75%.
Através da razão entre as notas obtidas em cada teste e o tempo de respostas
das mesmas, obteve-se o desempenho dos estudantes para cada teste nas três faixas
de temperatura. O Desempenho total (Dt), portanto, levou em consideração a nota
obtida em cada teste, com o respectivo tempo de resposta.
4.4.3 Análise dos elementos arquitetônicos
Uma sucinta análise arquitetônica foi realizada por meio da NBR 15220 -
Desempenho Térmico das Edificações (2003), dos envelopes construtivos e seus
materiais constituintes; bem como do projeto arquitetônico por meio de algumas
recomendações de Roriz (1996), pois estes fatores podem estar associados ao
possível aumento da Tg em relação à Ta com repercussão na elevação da temperatura
radiante média (Trm). A análise arquitetônica foi realizada para compreender melhor
os possíveis comportamentos térmicos da edificação, principalmente no tocante às
diferenças de temperaturas do ar e do globo com possível aumento da Trm. Através
de uma breve avaliação do envelope construtivo e de seus materiais constituintes,
bem como do projeto arquitetônico é possível examinar o desempenho térmico de
uma edificação, pois um projeto adequado aliado ao uso correto dos materiais pode
contribuir para o conforto térmico, com reflexos no conforto e na produtividade.
Assim, caso o projeto arquitetônico tenham mais aspectos negativos em
relação aos seus elementos arquitetônicos e tg>ta é provável que o aumento da
radiação térmica no ambiente esteja associado às fontes internas de calor. Mas se o
projeto arquitetônico tiver mais aspectos positivos e tg > ta é provável que algum
elemento arquitetônico aliado às fontes de calor internas contribuem para o aumento
da temperatura de globo, aumentando assim a carga térmica do ambiente.
O quadro 7 apresenta as recomendações do projeto arquitetônico segundo
Roriz (1996):
78
Quadro 7- Recomendações de projeto arquitetônico segundo Roriz (1996)
Fonte: Adaptado de Roriz (1996)
A NBR 15220 (2003) apresenta recomendações de desempenho térmico das
edificações, bem como dados de transmitância térmica (U), capacidade térmica (CT)
e atraso térmico (𝜑) de paredes e coberturas. Dessa forma, para a obtenção dos
dados relativos as vedações laterais e à cobertura presentes no quadro 7 foi utilizado
dados de referência da NBR supracitada.
Implantação
As edificações devem ser alongadas, com as fachadas maiores voltadas para
Norte e Sul para reduzir as cargas térmicas devidas à radiação solar. Pode
haver um ligeiro desvio nessa orientação para facilitar a captação das brisas
dominantes nos meses mais úmidos ou para permitir um aquecimento por ação
solar durante o período mais frio.
Espaçamentos
entre as
edificações
Deverão ser acentuadas as distâncias entre edificações, para permitir a
passagem livre das brisas. De modo geral, para serem realmente eficientes,
essas distâncias devem ser, no mínimo, cinco vezes maiores que as alturas dos
edifícios. Nesse mesmo sentido, edifícios sobre pilotis também podem
contribuir.
Ventilação
Os projetos devem otimizar a ventilação cruzada. Para tanto, é preferível que
as habitações, ou seus aposentos, sejam dispostos em "filas simples" ao longo
dos edifícios.
Tamanho das
aberturas
As aberturas devem ser grandes, ocupando entre 40 e 80% das fachadas Norte
e Sul e permitindo que a ventilação atravesse os ambientes ao nível dos corpos
dos ocupantes.
Posição das
aberturas
Nas fachadas Norte e Sul, permitindo que a ventilação atravesse os ambientes
ao nível dos corpos dos ocupantes. Para otimizar a velocidade do ar no interior
dos ambientes, as aberturas de saída devem ser ligeiramente maiores e mais
altas que as de entrada.
Proteção das
aberturas
Os ambientes deverão ser protegidos contra a radiação solar direta; proteger
cuidadosamente as aberturas contra as chuvas.
Paredes
Paredes leves (pouca inércia térmica) e com superfícies externas de cores
claras para refletirem a radiação solar: Transmitância Térmica (U) ≤ a 2,8
W/m²°C; Retardamento (𝜑) ≤ 3 horas e Fator de Calor Solar (Fso) ≤ a 4%.
Considerando: Fso=4.U.α, sendo U, transmitância térmica e α, absortância à
radiação solar.
Coberturas
As coberturas devem ser leves, mas deverão apresentar maior resistência
térmica. Este maior isolamento será especialmente importante para evitar que
a face inferior da cobertura (forro) se aqueça excessivamente. Adotar
Transmitância Térmica (U) ≤ a 0,85 W/m².ºC, Retardamento ≤ 3 horas e (Fso) ≤
a 3%.
79
4.5. Tratamento dos dados
Após as coletas de dados, estes foram tabulados no software Microsoft
Excel® e preparados para serem utilizados nos softwares R, SPSS®, STATISTICA,
com a finalidade de realizar análise descritiva dos dados, elaboração de gráficos,
correlações entre as variáveis e a modelagem matemática. Foram utilizados os testes
não paramétricos de Kruskal-Wallis para testar a hipótese de que as distribuições dos
parâmetros avaliados eram similares em todos os dias do experimento. Para verificar
as correlações entre as variáveis de interesse foi utilizada a correlação de Spearman.
Com o tratamento dos dados busca-se descrever, analisar e predizer relações entre
as variáveis.
4.6. Modelagem matemática
Foi construído um modelo matemático através das classes de Modelo Linear
Generalizado (MLG) para investigar o comportamento de (Tg-Ta) e da Trm no
desempenho cognitivo (índice Dt - desempenho total em relação ao tempo) dos
estudantes, pois (tg-ta)>0 poderá caracterizar aumento da trm com reflexos na elevação
da carga térmica interna, e tais características precisam ser analisadas sob o ponto
de vista de seus efeitos na variabilidade do desempenho cognitivo dos alunos. Os
MLGs correspondem a uma grande classe de modelos estatísticos definidos em
termos de um conjunto de variáveis aleatórias independentes, onde cada uma delas
possuem alguma distribuição da família exponencial (DOBSON & BARNETT, 2008).
4.7. Considerações éticas
A presente pesquisa foi avaliada e acompanhada, de acordo com os aspectos
éticos cabíveis a todas as pesquisas envolvendo seres humanos, baseado nas
diretrizes éticas brasileiras (Res. CNS 466/12 e complementares) que afirma que toda
pesquisa envolvendo seres humanos deverá ser submetida à apreciação de um CEP
(Comitê de Ética em Pesquisas). Assim a pesquisa foi submetida, reconhecida e
aprovada como eticamente adequada sob o número CAAE 57408416.3.0000.5188.
80
CAPÍTULO 5: RESULTADOS E DISCUSSÕES
Este capítulo reserva-se à apresentação e discussão dos resultados
encontrados na pesquisa a partir dos procedimentos metodológicos mencionados no
capítulo anterior com foco em alcançar o objetivo principal e os objetivos específicos
deste trabalho.
Com o objetivo de caracterizar as amostras, inicialmente foi realizada uma
análise das características dos participantes da pesquisa presente nos questionários.
Esta análise foi seguida pela caracterização dos ambientes de pesquisa bem como
por uma breve descrição dos seus elementos arquitetônicos. Foi analisado também
as condições climáticas externas dos laboratórios de informática. Em seguida foi
realizada a análise descritiva das variáveis térmicas dando destaque à temperatura
radiante média (trm) e à diferença da temperatura de globo em relação à temperatura
do ar (tg-ta) do ambiente estudado.
Posteriormente, analisou-se como o desempenho dos estudantes se
comportou de acordo com as faixas de temperatura do ar. Para esta investigação
utilizou-se a acurácia no teste (número de acertos) e o tempo gasto para resolução
dos testes visando a entender o desempenho na variação da temperatura ocorrida
nas três sessões.
O roteiro supracitado foi realizado de forma individual para todas as amostras.
Em um segundo momento foi realizado a análise da troca de calor por radiação
térmica de todas as instituições, a análise global do desempenho bem como a análise
dos elementos arquitetônicos. Esta última análise teve o propósito de compreender
melhor os possíveis comportamentos térmicos da edificação, principalmente no
tocante às diferenças de temperaturas do ar e do globo com possível aumento da
temperatura radiante média.
Por fim foi construído um modelo matemático através das classes de Modelo
Linear Generalizado para explicar o desempenho dos estudantes em função da
temperatura radiante média (trm) e da diferença da temperatura de globo em relação
à temperatura do ar (tg-ta), pois (tg-ta)>0 poderá caracterizar aumento da trm com
reflexos na elevação da carga térmica interna, e tais características precisam ser
81
analisadas sob o ponto de vista de seus efeitos na variabilidade do desempenho
cognitivo.
5.1. INSTITUIÇÃO A - Teresina, Piauí
5.1.1 Caracterização da amostra A
Foram coletados dados de 28 estudantes de cursos de nível superior (área de
engenharia) da Universidade Federal do Piauí- UFPI, na cidade de Teresina, PI. A
amostra foi composta de 21 homens e 7 mulheres, com idade média de 22 ± 2 anos.
Em relação ao estado civil, 96% eram solteiros e 4% casados. O peso médio
declarado da amostra foi de 64,8 ± 7,8 Kg para os homens e 64,5 ± 8,1 Kg para as
mulheres. A altura média foi de 1,74 ± 0,06 m para os homens e 1,67 ± 0,02 m para
as mulheres.
Quanto à resistência térmica das roupas, a média foi de 0,42±0,05 clo. Tendo
em vista a orientação de utilizar roupas similares nos diferentes dias de pesquisa, a
média nos três dias foi similar: 0,43 clo no primeiro dia; 0,42 clo no segundo dia; e
0,42 clo no último dia da pesquisa.
5.1.2 Caracterização do ambiente e dos elementos arquitetônicos
O laboratório de informática (LI) da Instituição A possuía uma área de
aproximadamente 112 m² onde estavam inseridos 48 computadores com monitores
com tela de cristal líquido-LCD (figuras 10 e 11). A sala era climatizada com dois
aparelhos de ar-condicionados do tipo Split, apresentava iluminação artificial e natural
com as janelas dispostas posteriormente com película de 50% de transparência e
espelhada na parte de fora da sala, que diminuía a incidência da radiação advinda do
meio externo.
82
Figura 10 - Laboratório de informática da Instituição A
Figura 11 – Layout do laboratório de informática da Instituição A
A maior fachada do prédio está voltada para Nordeste (figura 12), mas a forma
alongada das edificações reduz a exposição à radiação solar e expõe as fachadas
maiores aos ventos dominantes. A edificação possui dois pavimentos e o laboratório
em estudo está localizado no térreo e na parcela mais oeste do edifício, desta forma
recebe radiação solar na parede noroeste no período da tarde. Com relação às
aberturas, localizadas na fachada sudoeste do edifício, não há a preocupação com a
colocação de elementos de proteção nas janelas, desta forma recebem radiação solar
direta. Elas ocupam uma área de 10,43m2, ou 41,68% do laboratório.
83
Figura 12 – Esquema do caminho do sol no edifício do LI – A
Os materiais predominantes no projeto, de acordo com quadro 8, são o
concreto e a alvenaria. A cobertura de telhas de barro é sustentada por uma estrutura
de madeira, esse tipo de material contribui para a redução do fluxo de calor para o
interior da edificação, pela sua porosidade.
Quadro 8- Materiais construtivos e revestimento do LI – A
COMPONENTE DO EDIFÍCIO MATERIAL
Cobertura Telhas de barro
Estrutura da coberta Madeira
Forro Painéis de PVC
Vedação da sala Tijolo cerâmico vazado
Esquadrias Aço e vidro incolor comum
Revestimento externo da vedação Tijolinho
Revestimento interno da vedação Argamassa, pintada de branco
5.1.3 Caracterização das condições climáticas externas
Em relação às condições climáticas, segundo a classificação de Köppen, o
clima de Teresina é tropical megatérmico (AW), isto é, caracteriza-se por ser um clima
tropical continental, com duas estações bem definidas: uma chuvosa, no 1º semestre
84
(de janeiro a maio) e outra seca, no 2º semestre (de julho a novembro). Teresina é
tida como uma das cidades mais quentes do Brasil, chegando a apresentar
temperaturas de até 40°C nos períodos mais quentes (ALBUQUERQUE, 2012).
Conforme o mesmo autor, devido a proximidade da cidade de Teresina com a linha
do Equador, os raios solares atingem à cidade com o ângulo muito próximo a 90º,
permitindo que a localidade receba intensa radiação e apresente temperaturas
elevadas, na maior parte do ano.
As condições climáticas externas no período de coleta foram obtidas através
dos dados disponíveis no site do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) das
estações automáticas existentes e são apresentadas na tabela 4.
Tabela 4 – Condições meteorológicas na cidade durante o período de coleta no LI – A
Fonte: Adaptado de INMET (2016)
Observa-se que a temperatura do ar e a quantidade de chuva apresentaram
valores similares em todos os dias da pesquisa. A temperatura máxima obtida no
período foi de 37°C e a mínima foi de 33ºC. A temperatura média dos três dias ficou
em torno de 35,5°C. Ao verificar a umidade percebe-se que ela obteve o maior valor
no dia 15/09 com 37% e a mínima de 24% nos dias 16 e 17/09. A umidade média dos
três dias ficou em torno 29%. A radiação teve seu maior valor no último dia da coleta
com 2661,6 kJ/m2 e seu menor valor no primeiro dia de coleta com 2473kJ/m2.
5.1.4 Análise das variáveis térmicas
A tabela 5 apresenta as médias relativas a cada variável térmica medida nas
três sessões do experimento no interior do laboratório de informática, bem como seus
respectivos desvios padrões.
Data Hora Temperatura (°C) Umidade (%) Radiação
(kJ/m2) Chuva (mm) Máx. Mín. Média Máx. Mín. Média
15/09/15 14-15 37 33 35 37 26 32 2473 0,00
16/09/15 14-15 37 35 36 30 24 27 2610 0,00
17/09/15 14-15 37 34 35,6 32 24 28 2661,6 0,00
Média 37 34 35,5 33 24,6 29 2581,53 0,00
85
Tabela 5 – Condições térmicas médias das coletas de dados no Laboratório de informática A
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Na primeira sessão, observa-se que a média da temperatura do ar (Ta)
alcançada foi de 20,07°C. Já a média da temperatura de globo (Tg) foi de 21,03°C e a
temperatura radiante média (Trm) ficou em torno de 21,66°C. Na segunda sessão a
média da Ta na sala atingiu o valor de 22,95ºC, a Trm ficou em torno de 24,82°C e a
média da Tg foi de 24,12°C. Na última sessão a média da temperatura do ar alcançada
foi de 33,74°C, considerando uma temperatura externa em torno de 36°C. A
temperatura média de globo e a temperatura radiante média nesta sessão foram
respectivamente 33,55°C e 33,46°C.
Observa-se que houve diferença em média de 1ºC e 1,2°C entre a
temperatura de globo e a temperatura do ar (tg-ta) nas sessões de 20°C e 24°C
respectivamente; esta diferença foi relativamente menor e negativa (devido a
temperatura de globo ter sido menor do que a temperatura do ar) na sessão de 30°C.
Assim, de acordo com os gráficos 3 e 4 percebe-se que houve diferenças significativas
na temperatura radiante média (Trm) e na diferença entre a temperatura de globo e a
temperatura do ar (tg-ta) nos três dias de coletas. Pode-se constatar dessa forma que
houve troca de calor por radiação entre o ambiente e os estudantes que ali se
encontravam.
Em relação à umidade relativa, considerando que em Teresina esta variável
térmica é geralmente baixa percebe-se que em todas as sessões a umidade relativa
aproximadamente dobrou de valor em relação à umidade relativa externa apresentada
pelo INMET (tabela 4).
Sessão Data Ta (°C) Tg (ºC) Trm (°C) Tg-ta(°C) UR(%) v (m/s)
Média DP Média DP Média DP Média DP MD DP MD DP
20°C 15/09/15 20,07 0,014 21,03 0,011 21,66 0,013 0,97 0,008 69,20 0,163 0,1 0,00
24°C 17/09/15 22,95 0,019 24,12 0,015 24,82 0,012 1,17 0,008 67,57 0,240 0,1 0,00
30°C 16/09/15 33,74 0,154 33,55 0,174 33,46 0,186 -,17 0,019 64,63 0,859 0,1 0,00
86
Gráfico 3– Variação da temperatura radiante média (Trm) nos três dias de coletas no LI – A
Fonte: Elaborado pela autora (2016) Gráfico 4– Variação de (tg-ta) nos três dias de coletas no LI – A
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Para ratificar as análises descritivas realizou-se o teste não paramétrico de
Kruskal-Wallis para amostras independentes para testar se existiam diferenças
significativas da temperatura radiante média (trm) e também da diferença entre a
temperatura do ar e da temperatura do globo (tg-ta) entre os três dias de coleta. Com
p-valor < 0,05, aceita-se a hipótese alternativa de que houve diferenças significativas
das variáveis supracitadas entre os três dias de coletas corroborando assim com os
resultados das análises descritivas.
5.1.5 Análise do desempenho dos estudantes
87
Aliado às características térmicas observou-se o desempenho dos alunos. Foi
observado o comportamento através do número de acertos (BPR-5) e sua frequência
de acordo com o dia de coleta (figura 13).
Figura 13– Histograma do número de acertos nos testes de raciocínio total no LI – A Sessão 20°C - Data: 15/09/15 Sessão 30°C - Data: 16/09/15
Sessão 24°C - Data: 17/09/15
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Considerando a classificação de Almeida e Primi (2004), apresentada na
metodologia, observou-se que no primeiro dia de coleta, com a temperatura radiante
média em torno dos 21,66°C, nenhum estudante apresentou um desempenho
cognitivo abaixo da média. Em relação aos alunos que apresentaram seu
desempenho cognitivo na média constatou-se o percentual de 85,71% e acima da
média 14,29%. No segundo dia de coleta, com a temperatura radiante média em torno
de 33,46°C, observou-se que nenhum estudante apresentou desempenho cognitivo
abaixo da média; 77,78% dos estudantes apresentaram um desempenho na média e
22,2% apresentaram um desempenho acima da média. No terceiro dia de coleta, com
88
a temperatura radiante média em torno de 24,82°C, nenhum dos estudantes obteve
um desempenho abaixo da média, 69,23% obtiveram um desempenho na média e
30,77% obtiveram um desempenho acima da média.
Em relação ao tempo despendido nos testes de raciocínio total observa-se,
de acordo com a figura 14, que em geral os estudantes levaram mais tempo ao
responder os testes na sessão de temperatura a 20°C, o que pode ter acontecido por
se tratar do primeiro dia de coleta, e os mesmos terem desenvolvido uma forma mais
acelerada de resolver as questões durante as demais sessões. Foi utilizado o teste
de Kruskal-Wallis o que resultou com 5% de significância que o tempo de resposta
apresentou variação significativa com p-valor= 0,001 <0,05 levando menor tempo para
a realização dos testes na temperatura mais crítica (30°C).
Figura 14– Efeito da temperatura no tempo de resposta no LI – A
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
5.2 INSTITUIÇÃO B - Florianópolis, Santa Catarina
5.2.1 Caracterização da amostra B
Foram coletados dados de 19 estudantes de cursos de nível superior (área de
engenharia) da Universidade Federal de Santa Catarina- UFSC, na cidade de
Florianópolis, SC. A amostra foi composta de 13 homens e 6 mulheres, com idade
média de 26 ± 6 anos. Em relação ao estado civil, 84% eram solteiros,10% casados e
89
6% tinham uma união estável. O peso médio declarado da amostra foi de 79,4 ± 19,61
Kg para os homens e 63,93 ± 13 Kg para as mulheres. A altura média foi de 1,79 ±
0,04 m para os homens e 1,62 ± 0,03m para as mulheres. Quanto à resistência térmica
das roupas, a média foi de 0,37±0,07 clo. A média nos três dias foi similar: 0,37 clo no
primeiro dia; 0,38 clo no segundo dia; e 0,36 clo no último dia da pesquisa.
5.2.2 Caracterização do ambiente e dos elementos arquitetônicos
O laboratório de informática (LI) onde ocorreram as coletas possuía uma área
de aproximadamente 100 m² onde se encontravam 25 computadores com monitores
com tela de cristal líquido-LCD (Liquid Cristal Display) dispostos em 5 bancadas, onde
os periféricos de entrada e saída encontravam-se sobre a bancada e o gabinete e
estabilizador encontrava-se abaixo da bancada (figura 15). As janelas eram de vidro
e situavam-se na parte posterior da sala. As partes superiores das janelas eram
encobertas com proteção fumê e haviam cortinas. A sala era climatizada com dois
aparelhos de ar-condicionados do tipo Split e apresentava iluminação artificial e
natural (figuras 15 e 16).
Figura 15 - Laboratório de informática da Instituição B
90
Figura 16 – Layout do laboratório de informática da Instituição B
O edifício tem suas fachadas com praticamente a mesma dimensão e possui
três pavimentos (figura 17). O laboratório em estudo está localizado no primeiro
pavimento e suas aberturas estão localizadas na fachada Sudoeste, ocupando uma
área de 10,35m2, ou 47% do laboratório. A presença de vegetação ajuda a resfriar o
fluxo de ar que penetra na edificação. Foi observado o uso de cortinas, elemento de
proteção solar interno, porém esse mecanismo não impede a penetração da radiação
solar direta, que é obstruída pela cortina após ter passado pelo vidro, sendo refletida
na forma de calor que permanece presa no interior da edificação.
Figura 17 – Esquema do caminho do sol no edifício do LI – B
91
Os materiais predominantes no projeto, de acordo com o quadro 9, são o
concreto e a alvenaria, a cobertura tem como material as telhas de fibrocimento esse
material contribui para ganho de calor para o interior da edificação, pela sua
transmitância térmica e fator de calor solar elevados.
Quadro 9- Materiais construtivos e revestimento do LI – B
COMPONENTE DO EDIFÍCIO MATERIAL
Cobertura Telhas de fibrocimento
Estrutura da coberta Madeira
Forro Laje de concreto
Vedação da sala Tijolo cerâmico vazado e tijolo maciço
Esquadrias Aço e vidro incolor comum, com
revestimento fumê
Revestimento externo da vedação Tijolo aparente
Revestimento interno da vedação Argamassa e tijolo aparente, pintados
de amarelo
5.2.3 Caracterização das condições climáticas externas
Em relação às condições climáticas, segundo a classificação de Köppen, o
clima de Florianópolis é definido como mesotérmico úmido, com chuvas distribuídas
durante todo o ano. Florianópolis está sujeita à trajetória de sistemas atmosféricos
estáveis e instáveis oriundos do sul e oeste do continente. De acordo com Murara at
al. (2013) o clima da cidade pode ser caracterizado por distribuição pluviométrica
anual média de 1.734 mm/ano, caracterizando como chuvosa no verão e diminuição
das chuvas na primavera, outono e menores registros no inverno, não sendo possível
identificar um período seco. A temperatura máxima situa-se em 24,5ºC (média) e
mínima 17,5ºC (média). Devido a sua localização geográfica e a significativa
distribuição das precipitações pluviais ao longo do ano, Florianópolis apresenta
elevada umidade cuja distribuição média apresenta valores superiores a 60%.
92
As condições climáticas externas no período de coleta foram obtidas através
dos dados disponíveis no site do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) das
estações automáticas existentes e são apresentadas na tabela 6.
Tabela 6 – Condições meteorológicas na cidade durante o período de coleta no LI – B
Fonte: Adaptado de INMET (2016)
Observa-se que a temperatura máxima do ar (28°C) ocorreu no dia 23/03 e a
temperatura mínima do ar (24°C) ocorreu no primeiro dia de coleta. A temperatura
média dos três dias ficou em torno de 26,2°C. Ao verificar a umidade percebe-se que
ela obteve o maior valor no dia 21/03 com 80% e a mínima de 57% no dia 23/03. A
umidade relativa média nos dois primeiros dias foi similar com exceção do último dia
de coleta onde a umidade relativa ficou em torno de 58%. Já a umidade média dos
três dias ficou em torno 69,2%. A incidência de radiação teve seu maior valor no último
dia da coleta com 2957 kJ/m2 e seu menor valor no primeiro dia de coleta com 81
kJ/m2. A quantidade de chuva apresentou valores similares em todos os dias da
pesquisa.
5.2.4 Análise das variáveis térmicas
A tabela 7 apresenta as médias relativas a cada variável térmica medida nas
três sessões do experimento no interior do laboratório de informática, bem como seus
respectivos desvios padrões.
Tabela 7 – Condições térmicas médias das coletas de dados no Laboratório de informática B
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Data Hora Temperatura (°C) Umidade (%) Radiação
(kJ/m2) Chuva (mm)
Máx. Mín. Média Máx. Mín. Média
21/03/16 19-20 27 24 26 80 70 73,67 81 0,00
22/03/16 19-20 26 25 25,6 78 73 76 383 0,00
23/03/16 14-15 28 26 27 59 57 58 2957 0,00
Média 27 25 26,2 72,3 66,7 69,2 1140 0,00
Sessão Data Ta (°C) Tg (ºC) Trm (°C) Tg-ta(°C) UR(%) v(m/s)
MD DP MD DP MD DP MD DP MD DP MD DP
20°C 21/03/16 22,64 0,011 23,28 0,011 23,66 0,015 0,64 0,010 65,51 0,055 0,1 0,00
24°C 22/03/16 24,21 0,037 24,72 0,022 25,02 0,024 0,51 0,025 66,67 0,151 0,1 0,00
30°C 23/03/16 29,08 0,043 28,72 0,045 28,51 0,046 -,36 0,007 82,67 0,331 0,1 0,00
93
Averiguou-se na primeira sessão que a média da temperatura do ar (Ta)
alcançada foi de 22,64°C. Já a temperatura média de globo (Tg) foi de 23,28°C e a
temperatura radiante média (Trm) ficou em torno de 23,66°C. Na segunda sessão a Ta
na sala atingiu o valor de 24,21ºC, a Trm ficou em torno de 25,02°C e Tg alcançada foi
de 24,72°C. Na última sessão a média da Ta alcançada foi de 29,08°C, considerando
uma temperatura externa em torno de 28°C. A média da Tg e da Trm nesta sessão
foram respectivamente 33,55°C e 33,46°C.
Observa-se que houve uma diferença em média de 0,64ºC entre a
temperatura de globo e a temperatura do ar (tg-ta) nas sessões de 20°C, 0,51°C na
sessão de 24°C e na sessão de 30°C esta diferença foi relativamente menor e
negativa (devido a temperatura de globo ter sido menor do que a temperatura do ar).
Assim, de acordo com os gráficos 5 e 6 percebe-se que houve diferenças significativas
na temperatura radiante média (Trm) e na diferença entre a temperatura de globo e a
temperatura do ar (tg-ta) nos três dias de coletas. Pode-se constatar dessa forma que
houve troca de calor por radiação entre o ambiente e os alunos que ali se
encontravam.
Em relação a umidade relativa esta foi similar aos dados externos nos dois
primeiros dias de coletas e na sessão de 30 °C teve um aumento significativo
comparado aos dados do ambiente externo apresentado pelo INMET (tabela 6).
Gráfico 5– Variação da temperatura radiante média nos três dias de coletas no LI – B
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
94
Gráfico 6– Variação de (tg-ta) nos três dias de coletas no LI– B
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Para ratificar as análises descritivas realizou-se o teste não paramétrico de
Kruskal-Wallis para amostras independentes para testar se existiam diferenças
significativas da temperatura radiante média (trm) e também da diferença entre a
temperatura do ar e da temperatura do globo (tg-ta) entre os três dias de coleta. Com
p-valor < 0,05, aceita-se a hipótese alternativa de que houve diferenças significativas
das variáveis supracitadas entre os três dias de coletas corroborando assim com os
resultados das análises descritivas.
5.2.5 Análise do desempenho dos estudantes
Considerando a classificação dos autores Almeida e Primi (2004),
apresentada na metodologia, observa-se, de acordo com a figura 18, que no primeiro
dia de coleta, com a temperatura radiante média em torno dos 23,66°C, que nenhum
estudante apresentou desempenho cognitivo abaixo da média; 58,82% dos
estudantes apresentaram um desempenho na média e 41,18% apresentaram um
desempenho acima da média. No segundo dia de coleta, com a temperatura radiante
média em torno de 25,02°C, nenhum estudante apresentou um desempenho cognitivo
abaixo da média. Em relação aos alunos que apresentaram seu desempenho
cognitivo na média e acima da média obtivemos respectivamente 73,68% e 26,32%.
No terceiro dia, com a temperatura radiante média em torno de 28,51°C, nenhum dos
estudantes obteve um desempenho abaixo da média, 60% obtiveram um desempenho
na média e 40% obtiveram um desempenho acima da média.
95
Figura 18– Histograma do número de acertos nos testes de raciocínio total no LI– B Sessão 20°C - Data: 21/03/16 Sessão 24°C - Data: 22/03/16
Sessão 30°C - Data: 23/03/16
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Em relação ao tempo despendido nos testes de raciocínio total observa-se,
de acordo com a figura 19, que em geral as variações dos tempos gasto nas três
sessões foram semelhantes. Entretanto, nota-se que os estudantes, assim como os
estudantes da Instituição A, levaram um menor tempo para conclusão dos testes na
sessão de 30°C. A disposição gráfica do efeito da temperatura no tempo de resposta
não é suficiente para assegurar que não houve variações no desempenho a partir de
mudanças de temperatura. Com isso, para a avaliação da distribuição estatística dos
dados foi utilizado o teste de Kruskal-Wallis o que resultou com 5% de significância
que o tempo de resposta não apresentou variação significativa com p-
valor=0,58>0,05.
96
Figura 19– Efeito da temperatura no tempo de resposta no LI– B
5.3 INSTITUIÇÃO C - Brasília, Distrito Federal
5.3.1 Caracterização da amostra C
Foram coletados dados de 18 alunos de cursos de nível superior (área de
engenharia) da Universidade de Brasília, na cidade de Brasília, DF. A amostra foi
composta apenas de homens, com idade média de 19 ± 2 anos. Em relação ao estado
civil, todos eram solteiros. O peso médio declarado da amostra foi de 73,2 ± 10,2kg e
a altura média foi de 1,80 ± 0,1 m. Quanto à resistência térmica das roupas, a média
foi de 0,44±0,18.
5.3.2 Caracterização do ambiente e dos elementos arquitetônicos
O laboratório de informática (LI) onde ocorreram as coletas possuía uma área
de aproximadamente 186,93 m² onde se encontravam 80 computadores com
monitores com tela de cristal líquido-LCD (Liquid Cristal Display) distribuídos em 10
bancadas, onde os periféricos de entrada e saída encontravam-se sobre a bancada
juntamente com o gabinete e o estabilizador encontrava-se na parte de baixo das
bancadas (figuras 20 e 21). As janelas eram de vidro e situavam-se na parte lateral
97
do laboratório. A sala era climatizada com dois aparelhos de ar-condicionados do tipo
Split. A sala apresentava iluminação artificial e natural.
Figura 20–Laboratório de informática da Instituição C
Figura 21 – Layout do laboratório de informática da Instituição C
A maior fachada do edifício está voltada para nordeste (figura 22) e sua
implantação gera um pátio central. O mesmo possui dois pavimentos e o laboratório
se encontra no térreo e na porção mais leste do edifício, desta forma não recebe
incidência solar direta no período da tarde. As aberturas estão localizadas na fachada
sudeste do edifício, ocupando uma área de 33,83m2, ou 59,22% do laboratório e
98
possuem brises, elemento de proteção solar externo, que reduz as transferências
térmicas para o interior.
Figura 22 – Esquema do caminho do sol no edifício do LI – C
Os materiais predominantes no projeto, de acordo com o quadro 10, são o
concreto e a alvenaria e a cobertura tem como material as telhas de fibrocimento.
Quadro 10- Materiais construtivos e revestimento do LI – C COMPONENTE DO EDIFÍCIO MATERIAL
Cobertura Telhas de fibrocimento
Estrutura da coberta Madeira
Forro Placas de PVC
Vedação da sala Tijolo cerâmico vazado
Esquadrias Aço e vidro incolor comum
Revestimento externo da vedação Argamassa pintada de branco
Revestimento interno da vedação Argamassa pintada de branco
5.3.3 Caracterização das condições climáticas externas
99
Em relação às condições climáticas, segundo a classificação de Köppen, o
clima de Brasília é definido como subtropical de altitude, com inverno seco e verão
ameno. Segundo Natal (2015) Brasília tem duas estações distintas: quente-úmida
(verão chuvoso de outubro a abril), quente-seca (inverno seco de maio a setembro)
com ausência de chuvas e diminuição da umidade relativa do ar a partir de junho,
variando de 70% a 20% ou abaixo. A temperatura média anual é de cerca de 20ºC,
podendo chegar aos 29,7°C de média nas máximas em setembro, e aos 12,5°C de
média nas mínimas nas madrugadas de inverno em julho.
De acordo com Braga e Amorim (2004) a forte incidência de radiação solar
ofusca as estações intermediárias, assim, a primavera e o outono mal são notadas na
região. A insolação alcança 2.600 horas anuais, sendo a média no verão de 160 horas
mensais e no período seco de 290 horas mensais. A radiação solar apresenta valores
elevados durante quase o ano todo. A radiação difusa é intensa no verão e menos
intensa no inverno. A radiação direta é acentuada no inverno, sendo mais forte que a
radiação direta em igual latitude, ao nível do mar.
As condições climáticas externas no período de coleta foram obtidas através
dos dados disponíveis no site do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) das
estações automáticas existentes e são apresentadas na tabela 8.
Tabela 8 – Condições meteorológicas na cidade durante o período de coleta no LI – C
Fonte: Adaptado de INMET (2016)
A temperatura máxima do ar (25°C) ocorreu no dia 26/04 e a temperatura
mínima do ar (17°C) ocorreu no último dia de coleta. Observa-se que a temperatura
média dos três dias ficou em torno de 21,88°C, relativamente baixa em comparação
as outras duas instituições. Ao verificar a umidade percebe-se que ela obteve o maior
valor no dia 28/04 com 85% e a mínima de 57% no dia 26/04. A umidade relativa
média nos dois últimos dias foi similar com exceção do primeiro dia de coleta onde a
umidade relativa ficou em torno de 58,33%. Já a umidade média dos três dias ficou
Data Hora Temperatura (°C) Umidade (%) Radiação
(kJ/m2) Chuva (mm) Máx. Mín. Média Máx. Mín. Média
26/04/16 13-14 25 24 24,33 61 57 58,33 1221 0,00
27/04/16 13-14 23 22 22,66 77 70 72,66 1531 0,00
28/04/16 13-14 20 17 18,66 85 74 79,33 3036 0,00
Média 22,66 21 21,88 74,33 67 70,11 1929 0,00
100
em torno 70,11%. A incidência de radiação teve seu maior valor no último dia da coleta
com 3036 kJ/m2 e seu menor valor no primeiro dia de coleta com 1221 kJ/m2. Não
houve registro de chuvas durante a coleta de dados.
5.3.4 Análise das variáveis térmicas
A tabela 9 apresenta as médias relativas a cada variável térmica medida nas
três sessões do experimento no interior do laboratório de informática, bem como seus
respectivos desvios padrões.
Tabela 9 – Condições térmicas médias das coletas de dados no Laboratório de informática C
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
De acordo com a tabela 9 observa-se que nas três sessões a temperatura do
ar foi semelhante, possivelmente devido ao tamanho da sala, impossibilitando o
resfriamento da mesma, e ainda devido à sala de aula apresentar um aparelho de ar
condicionado funcionando apenas na função ventilação.
Dessa forma averiguou-se na primeira sessão que a média da Ta alcançada
foi de 24,53°C. Já a média de Tg foi de 24,37°C e a média da Trm ficou em torno de
24,27°C. Na segunda sessão a temperatura média do ar na sala atingiu o valor de
24,58ºC, a temperatura radiante média ficou em torno de 24,41°C c e a temperatura
média de globo alcançada foi de 24,47 °C. Na última sessão a média da temperatura
do ar alcançada foi de 24,79°C, considerando uma temperatura externa em torno de
18,66°C. A temperatura média de globo e a temperatura radiante média nesta sessão
foram respectivamente 24,48°C e 24,50°C.
Observa-se que houve uma diferença em média de -0,16ºC entre a
temperatura de globo (Tg) e a temperatura do ar (tg-ta) na sessão de 20°C; -0,11°C na
sessão de 24°C e -0,32°C na sessão de 30°C. Estas diferenças foram relativamente
menores e negativas devido à temperatura de globo ter sido menor do que a
temperatura do ar e devido possivelmente também à temperatura externa nos dias
Sessão Data Ta (°C) Tg (ºC) Trm (°C) Tg-ta(°C) UR(%) V(m/s)
Média DP Média DP Média DP Média DP MD DP Média DP
20°C 26/04/16 24,53 0,01 24,37 0,01 24,27 0,01 -0,16 0,01 66,12 0,21 0,1 0,00
24°C 27/04/16 24,58 0,01 24,47 0,01 24,41 0,00 -0,11 0,01 58,04 0,07 0,1 0,00
30°C 28/04/16 24,79 0,01 24,48 0,01 24,50 0,01 -0,32 0,02 71,70 0,18 0,1 0,00
101
das coletas. Assim constata-se que tanto a temperatura de globo como a temperatura
radiante média (gráficos 7 e 8) atingiram valores menores do que a temperatura do ar
significando que não houve troca de calor por radiação no ambiente.
Em relação à umidade relativa esta foi maior que a externa no primeiro dia de
coleta e nos outros dois últimos dias apresentou valores menores de umidade
comparados aos dados do ambiente externo apresentado pelo INMET (tabela 8).
Gráfico 7– Variação da temperatura radiante média nos três dias de coletas no LI – C
Gráfico 8– Variação de (tg-ta) nos três dias de coletas no LI– C
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Para ratificar as análises descritivas realizou-se o teste não paramétrico de
Kruskal-Wallis para amostras independentes para testar se existiam diferenças
102
significativas da temperatura radiante média (trm) e também da diferença entre a
temperatura do ar e da temperatura do globo (tg-ta) entre os três dias de coleta. Com
p-valor < 0,05, aceita-se a hipótese alternativa de que houve diferenças significativas
das variáveis supracitadas entre os três dias de coletas corroborando assim com os
resultados das análises descritivas.
5.3.5 Análise do desempenho dos estudantes
Considerando a classificação dos autores Almeida e Primi (2004),
apresentada na metodologia, observa-se de acordo com a figura 23 que no primeiro
dia de coleta, com a temperatura radiante média em torno dos 24,27°C nenhum
estudante apresentou um desempenho cognitivo abaixo da média. Em relação aos
alunos que apresentaram seu desempenho cognitivo na média e acima da média
obtivemos respectivamente 38,88%e 61,12%. No segundo dia de coleta, com a
temperatura radiante média em torno de 24,41°C, novamente observou-se que
nenhum estudante apresentou desempenho cognitivo abaixo da média; 52,94% dos
estudantes apresentaram um desempenho na média e 47,06% apresentaram um
desempenho acima da média. No terceiro dia, com a temperatura radiante média em
torno de 24,50°C, nenhum dos estudantes obteve um desempenho abaixo da média,
66,67% obtiveram um desempenho na média e 33,33% obtiveram um desempenho
acima da média.
Figura 23– Histograma do número de acertos nos testes de raciocínio total no LI– C Sessão 20°C - Data: 26/04/16 Sessão 24°C - Data: 27/04/16
103
Sessão 30°C - Data: 23/03/16
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Em relação ao tempo despendido nos testes de raciocínio total observa-se,
de acordo com a figura 24, que em geral, assim como as instituições anteriores, os
estudantes levaram mais tempo ao responder os testes na sessão de temperatura a
20°C, o que pode ter acontecido por se tratar do primeiro dia de coleta, e os mesmos
terem desenvolvido uma forma mais acelerada de resolver as questões durante as
demais sessões. Foi utilizado o teste de Kruskal-Wallis o que resultou com 5% de
significância que o tempo de resposta apresentou variação significativa com p-valor=
0,001 <0,05 levando menor tempo para a realização dos testes na temperatura mais
crítica (30°C).
Figura 24– Efeito da temperatura no tempo de resposta no LI– C
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
104
5.4 INSTITUIÇÃO D - Petrolina, Pernambuco
5.4.1 Caracterização da amostra D
Foram coletados dados de 15 alunos de cursos de nível superior (área de
engenharia) da Universidade Federal do Vale do São Francisco, na cidade de
Petrolina, PE. A amostra foi composta de 10 homens e de 5 mulheres, com idade
média de 22 ± 2 anos. Em relação ao estado civil, todos eram solteiros. O peso médio
declarado e a altura média declarada da amostra para os homens foram
respectivamente 78,5 ± 9,80kg e 1,82 ± 0,02 m. Para as mulheres, o peso médio
declarado foi de 68,1 ±18,35kg e a altura média declarada foi de 1,69 ± 0,05 m.
Quanto à resistência térmica das roupas, a média foi de 0,37±0,18 clo. Tendo
em vista a orientação de utilizar roupas similares nos diferentes dias de pesquisa, a
média nos três dias foi similar: 0,36 clo no primeiro dia; 0,34 clo no segundo dia; e
0,37 clo no último dia da pesquisa.
5.4.2 Caracterização do ambiente e dos elementos arquitetônicos
O laboratório de informática (LI) onde ocorreram as coletas possuía uma área
de aproximadamente 100,24 m² onde se encontravam 24 computadores com
monitores com tela de cristal líquido-LCD (Liquid Cristal Display) dispostos em 5
bancadas, onde os periféricos de entrada e saída encontravam-se sobre a bancada
juntamente com o gabinete e o estabilizador encontrava-se na parte de baixo das
bancadas (figura 25). O laboratório possuía cinco aparelhos de ar condicionado no
total, sendo três splits e dois de teto, posicionados de acordo com o layout da figura
26.
105
Figura 25–Laboratório de informática da Instituição D
Figura 26 – Layout do laboratório de informática da Instituição D
A maior fachada do edifício está voltada para noroeste (figura 27), a forma
alongada da edificação, neste caso, aumenta a radiação solar que incide no edifício,
devido a sua orientação. Possui três pavimentos e o laboratório em estudo está
localizado no primeiro pavimento e na parcela mais norte do edifício, recebendo
radiação solar na fachada noroeste no período da tarde. As aberturas - compostas por
janelas de vidro com acabamento fosco, onde um conjunto dessas janelas estava
coberto por papel pardo- estão localizadas justamente nessa fachada, ocupando uma
área de 15,21m2, ou 43,89% do laboratório e não há a preocupação com a proteção
dessas aberturas. As janelas estavam bem quentes e era desconfortável permanecer
106
próximo às mesmas. Os pilares dispostos externamente à edificação auxiliam na
proteção das aberturas, porém de forma ineficaz, sendo assim elas recebem radiação
solar direta, resultando em um grande ganho de calor para o ambiente.
Figura 27 – Esquema do caminho do sol no edifício do LI – D
Os materiais predominantes no projeto, de acordo com o quadro 12, são o
concreto e a alvenaria, a cobertura tem como material as telhas de fibrocimento esse
material contribui para ganho de calor para o interior da edificação, pela sua
transmitância térmica e fator de calor solar elevados.
Quadro 12- Materiais construtivos e revestimento do LI – D
COMPONENTE DO EDIFÍCIO MATERIAL
Cobertura Telhas de fibrocimento
Estrutura da coberta Madeira
Forro Laje de concreto, pintada de branco
Vedação da sala Tijolo cerâmico vazado
Esquadrias Aço e vidro incolor comum, revestida com
papel pardo
Revestimento externo da vedação Argamassa pintada de amarela
Revestimento interno da vedação Argamassa pintada de branco
5.4.3 Caracterização das condições climáticas externas
107
O município de Petrolina-PE está localizado na mesorregião São Francisco e
na Microrregião Petrolina do Estado de Pernambuco, limitando-se a norte com
Dormentes, a sul com Estado da Bahia, a leste com Lagoa Grande, e a oeste com
Estado da Bahia e Afrânio. Segundo a classificação climática de Köppen, o clima da
região é do tipo Bswh – semiárido (quente e seco), com a ocorrência de duas estações
bem diferenciadas: estação seca entre os meses de maio e outubro e a estação
chuvosa entre os meses de novembro e abril, com precipitação pluviométrica média
de 431,8 mm/ano; sendo as chuvas caracterizadas por baixos índices, concentradas
em um único período do ano e mal distribuídas espacialmente.
As condições climáticas externas no período de coleta foram obtidas através
dos dados disponíveis no site do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) das
estações automáticas existentes e são apresentadas na tabela 10.
Tabela 10 – Condições meteorológicas na cidade durante o período de coleta no LI – D
Fonte: Adaptado de INMET (2016)
Observa-se que a temperatura máxima do ar (31°C) ocorreu no segundo dia
de coleta, no dia 24/05 e a temperatura mínima do ar (25°C) ocorreu no último dia de
coleta dia 25/05. A temperatura média dos três dias ficou em torno de 28°C. Ao
verificar a umidade percebe-se que ela obteve o maior valor no dia 25/05 com 77% e
a mínima de 47% no dia 23/05. A umidade relativa média nos dois primeiros dias foi
similar com exceção do último dia de coleta onde a umidade relativa ficou em torno
de 69,5%. Já a umidade média dos três dias ficou em torno 69,2%. A incidência de
radiação teve seu maior valor no primeiro dia da coleta com 2123 kJ/m2 e seu menor
valor no último dia de coleta com 850 kJ/m2. A quantidade de chuva apresentou
valores similares em todos os dias da pesquisa.
5.4.4 Análise das variáveis térmicas
Data Hora Temperatura (°C) Umidade (%) Radiação
(kJ/m2) Chuva (mm) Máx. Mín. Média Máx. Mín. Média
23/05/16 13-14 30 27 28,5 54 47 50,5 2123 0,00
24/05/16 13-14 31 28 29,5 55 48 51,5 1777 0,00
25/05/16 13-14 27 25 26 77 62 69,5 850 0,00
Média 29,5 26,5 28 62 52,33 51,16 1583,33 0,00
108
A tabela 11 apresenta as médias relativas a cada variável térmica medida nas
três sessões do experimento no interior do laboratório de informática, bem como seus
respectivos desvios padrões.
Tabela 11 – Condições térmicas médias das coletas de dados no Laboratório de informática D
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Averiguou-se que na primeira sessão a média da temperatura do ar alcançada
foi de 22,43°C. Já a temperatura média de globo foi de 23,27°C e a temperatura
radiante média ficou em torno de 23,71°C. Na segunda sessão a temperatura média
do ar na sala atingiu o valor de 23,04ºC; a temperatura radiante média ficou em torno
de 24,64°C e a temperatura média de globo alcançada foi de 24,04°C Na última
sessão a média da temperatura do ar alcançada foi de 28,52°C, considerando uma
temperatura externa em torno de 28°C. A temperatura média de globo e a temperatura
radiante média nesta sessão foram respectivamente 28,64°C e 28,70°C.
Observa-se que houve uma diferença em média de 0,83ºC entre a
temperatura de globo e a temperatura do ar (tg-ta) nas sessões de 20°C, de 1°C na
sessão de 24°C e na sessão de 30°C esta diferença foi relativamente menor com o
valor de 0,12°C. De acordo com o gráfico 9 percebe-se que a variação da temperatura
radiante média nas sessões de 20°C e 24°C foi praticamente igual. Comparando as
duas sessões citadas com a sessão de 30°C observa-se que houve entre elas uma
variação na temperatura radiante média em torno de 5°C. Pelo gráfico 10 observa-se
em relação à (tg-ta) que ela foi maior nas sessões 24°C e 20°C, constatando assim
troca de calor por radiação entre o ambiente e os alunos.
Em relação à umidade relativa esta apresentou valores maiores do que os
dados externos nos dois primeiros dias de coletas e na sessão de 30°C apresentou
também um valor maior, porém próximo a umidade externa apresentada pelo INMET
(tabela 10).
Sessão Data Ta (°C) Tg (ºC) Trm (°C) Tg-ta(°C) UR(%) v(m/s)
Média DP Média DP Média DP Média DP MD DP Média DP
20°C 23/05/16 22,43 0,00 23,27 0,00 23,71 0,01 0,83 0,00 64,95 0,16 0,1 0,00
24°C 24/05/16 23,04 0,01 24,04 0,02 24,64 0,03 1,00 0,02 64,53 0,03 0,1 0,00
30°C 25/05/16 28,52 0,04 28,64 0,05 28,70 0,05 0,12 0,01 71,83 0,16 0,1 0,00
109
Gráfico 9– Variação da temperatura radiante média nos três dias de coletas no LI – D
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Gráfico 10– Variação de (tg-ta) nos três dias de coletas no LI– D
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Para ratificar as análises descritivas realizou-se o teste não paramétrico de
Kruskal-Wallis para amostras independentes para testar se existiam diferenças
significativas da temperatura radiante média (trm) e também da diferença entre a
temperatura do ar e da temperatura do globo (tg-ta) entre os três dias de coleta. Com
p-valor < 0,05, aceita-se a hipótese alternativa de que houve diferenças significativas
das variáveis supracitadas entre os três dias de coletas corroborando assim com os
resultados das análises descritivas.
5.4.5 Análise do desempenho dos estudantes
110
Considerando a classificação dos autores Almeida e Primi (2004),
apresentada na metodologia, observa-se de acordo com a figura 28 que no primeiro
dia de coleta, com a temperatura radiante média em torno dos 23,71°C, nenhum
estudante apresentou um desempenho cognitivo abaixo da média. Em relação aos
alunos que apresentaram seu desempenho cognitivo na média e acima da média
obtivemos respectivamente 73,33% e 26,66%. No segundo dia de coleta, com a
temperatura radiante média em torno de 24,64°C, novamente observou-se que
nenhum estudante apresentou desempenho cognitivo abaixo da média; 64,70% dos
estudantes apresentaram um desempenho na média e 35,29% apresentaram um
desempenho acima da média. No terceiro dia, com a temperatura radiante média em
torno de 28,70°C, nenhum dos estudantes obteve um desempenho abaixo da média,
50% obtiveram um desempenho na média e 50% obtiveram um desempenho acima
da média.
Figura 28– Histograma do número de acertos nos testes de raciocínio total no LI– D Sessão 20°C - Data: 23/05/16 Sessão 24°C - Data: 24/05/16
Sessão 30°C - Data: 25/05/16
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
111
Em relação ao tempo despendido nos testes de raciocínio total observa-se,
de acordo com a figura 29, que em geral, assim como as instituições anteriores, os
estudantes levaram mais tempo ao responder os testes na sessão de temperatura a
20°C, o que pode ter acontecido por se tratar do primeiro dia de coleta, e os mesmos
terem desenvolvido uma forma mais acelerada de resolver as questões durante as
demais sessões. Foi utilizado o teste de Kruskal-Wallis o que resultou com 5% de
significância que o tempo de resposta apresentou variação significativa com p-valor=
0,001 <0,05 levando menor tempo para a realização dos testes na temperatura mais
crítica (30°C).
Figura 29– Efeito da temperatura no tempo de resposta no LI– D
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
5.5 INSTITUIÇÃO E – São Carlos, São Paulo
5.5.1 Caracterização da amostra E
Foram coletados dados de 15 alunos de cursos de nível superior do Instituto
de Ciências Matemáticas e da Computação (ICMC) da Universidade de São Paulo,
na cidade de São Carlos, SP. A amostra foi composta de 11 homens e 4 mulheres,
com idade média de 23 ± 2 anos. Em relação ao estado civil, 87% eram solteiros e
13% casados. O peso médio declarado da amostra foi de 78,75 ± 13 Kg para os
112
homens e 57,73 ± 7,5 Kg para as mulheres. A altura média foi de 1,82 ± 0,08 m para
os homens e 1,65 ± 0,02 m para as mulheres.
Quanto à resistência térmica das roupas, a média foi de 0,39±0,12clo. Tendo
em vista a orientação de utilizar roupas similares nos diferentes dias de pesquisa, a
média nos três dias foi similar: 0,39 clo no primeiro dia; 0,38 clo no segundo dia; e
0,39 clo no último dia da pesquisa.
5.5.2 Caracterização do ambiente e dos elementos arquitetônicos
O laboratório de informática (LI) onde ocorreram as coletas possuía uma área
de aproximadamente 61,68m² onde se encontravam 40 computadores com monitores
com tela de cristal líquido-LCD (Liquid Cristal Display) dispostos em 4 bancadas, onde
os periféricos de entrada e saída encontravam-se sobre a bancada juntamente com o
gabinete e o estabilizador encontrava-se na parte de baixo das bancadas (figuras 30
e 31) As salas eram climatizadas através de 2 ar condicionados do tipo Split e
possuíam iluminação artificial distribuída no teto.
Figura 30–Laboratório de informática da Instituição E
113
Figura 31-– Layout do laboratório de informática da Instituição E
A edificação é alongada e sua maior fachada está orientada para norte (figura
32), diminuindo assim a exposição do edifício à radiação solar, as aberturas ocupam
uma área de 7m2, ou 40,79% do laboratório. A vegetação existente no entorno ajuda
a resfriar o fluxo de ar que penetra na edificação e funciona também como proteção à
radiação solar.
Figura 32 – Esquema do caminho do sol no edifício do LI – E
Os materiais predominantes no projeto, de acordo com o quadro 12, são o
concreto e a alvenaria, a cobertura tem como material as telhas de fibrocimento,
porém seu fator de calor solar é bem reduzido, quando comparado com outros locais,
pois o mesmo não se encontra enegrecido. As vedações laterais são compostas de
114
divisórias em PVC.
Quadro 12- Materiais construtivos e revestimento do LI – E COMPONENTE DO EDIFÍCIO MATERIAL
Cobertura Telhas de fibrocimento
Estrutura da coberta Madeira
Forro Laje de concreto, pintada de branco
Vedação da sala Divisórias em PVC
Esquadrias Aço e vidro incolor comum
Revestimento externo da vedação Argamassa pintada de branco
5.5.3 Caracterização das condições climáticas externas
O município de São Carlos encontra-se na região Centro-Norte do Estado de
São Paulo. Dista aproximadamente 240km da capital do estado e limita-se ao norte
com os municípios de Rincão, Luis Antônio e Santa Lúcia; ao sul com Ribeirão Bonito,
Brotas e Itirarapina; a oeste com Ibaté, Araraquara e Américo Brasiliense e a leste
com Descalvado e Analândia.
Segundo a classificação climática de Köppen, o clima da região é do tipo Cwa
- clima subtropical/clima tropical de altitude. Os índices pluviométricos definem a
existência de duas estações bem distintas, definidas pelos seus índices
pluviométricos: uma seca e uma chuvosa. A estação seca estende-se de abril a
setembro, caracterizada por precipitações escassas, baixa umidade do ar, reduzida
nebulosidade e menor temperatura do ar. A estação chuvosa ocorre nos meses de
outubro a março e caracteriza-se por elevadas temperaturas do ar, alta umidade do
ar e precipitações abundantes (BARBOSA, 2009).
As condições climáticas externas no período de coleta foram obtidas através
dos dados disponíveis no site do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) das
estações automáticas existentes e são apresentadas na tabela 12.
115
Tabela 12 – Condições meteorológicas na cidade durante o período de coleta no LI – E
Fonte: Adaptado de INMET (2016)
Observa-se que a temperatura máxima do ar (30°C) ocorreu no último dia de
coleta, no dia 19 e a temperatura mínima do ar (27°C) ocorreu no primeiro dia de
coleta dia 17. A temperatura média dos três dias ficou em torno de 28,3°C. Ao verificar
a umidade percebe-se que ela obteve o maior valor no dia 18 com 34% e a mínima
de 29% no dia 19. De forma geral, a umidade relativa média foi semelhante nos três
dias de coletas. A incidência de radiação teve seu maior valor no segundo dia da
coleta com 2040,50 kJ/m2 e seu menor valor no primeiro dia de coleta com 1477,03
kJ/m2. Não houve registro de chuvas durante a coleta.
5.5.4 Análise das variáveis térmicas
A tabela 13 apresenta as médias relativas a cada variável térmica medida nas
três sessões do experimento no interior do laboratório de informática, bem como seus
respectivos desvios padrões.
Tabela 13 – Condições térmicas médias das coletas de dados no Laboratório de informática E
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Observa-se que as temperaturas do ar nas duas primeiras sessões foram
semelhantes, variando menos de 1°C, o que pode ter ocorrido devido a apenas um ar
condicionado estar em condições de uso nos dias de coleta. Nota-se que os valores
também foram semelhantes nas duas primeiras sessões para as variáveis
temperatura radiante média (trm) e (tg-ta), constatando troca de calor por radiação no
Data Hora Temperatura (°C) Umidade (%) Radiação
(kJ/m2) Chuva (mm) Máx. Mín. Média Máx. Mín. Média
17/11/14 17-18 28 27 27,5 33 32 32,5 1477,03 0,00
18/11/14 17-18 29 28 28,5 34 30 32 2040,50 0,00
19/11/14 17-18 30 28 29 30 29 29,5 2012,33 0,00
Média 29 27,6 28,3 32 30,6 31,3 1843,28 0,00
Sessão Data Ta (°C) Tg (ºC) Trm (°C) Tg-ta(°C) UR(%) v (m/s)
Média DP Média DP Média DP Média DP MD DP Média DP
20°C 18/11/14 23,09 0,07 23,72 0,03 24,10 0,06 0,631 0,07 48,16 0,73 0,1 0,00
24°C 17/11/14 23,30 0,03 23,94 0,01 24,33 0,02 0,651 0,03 53,90 0,59 0,1 0,00
30°C 19/11/14 28,80 0,01 27,78 0,05 27,19 0,08 -1,018 0,04 45,37 0,33 0,1 0,00
116
ambiente. Na sessão de 30°C houve uma diferença em média de -1,02°C entre (tg-ta),
ressaltando assim que não houve troca de calor por radiação no ambiente.
De acordo com os gráficos 11 e 12 percebe-se assim que a variação da
temperatura radiante média nas sessões de 20°C e 24°C foi, de fato, bastante
semelhante. Comparando as duas sessões citadas com a sessão de 30°C observa-
se que houve entre elas uma variação na temperatura radiante média em torno de
3°C. Observa-se em relação à (tg-ta) que ela também foi semelhante nas sessões 24°C
e 20°C (variando aproximadamente entre 0,5°C a 0,7°C).
Gráfico 11– Variação da temperatura radiante média nos três dias de coletas no LI – E
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Gráfico 12– Variação de (tg-ta) nos três dias de coletas no LI– E
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Em relação à umidade relativa percebe-se que em todas as sessões esta
variável apresentou valores maiores do que os dados externos nos três dias de coletas
apresentadas pelo INMET (tabela 24).
117
5.5.5 Análise do desempenho dos estudantes
Observa-se de acordo com a figura 33 que no primeiro dia de coleta, com a
temperatura radiante média em torno dos 24,33°C, nenhum estudante apresentou um
desempenho cognitivo abaixo da média. Em relação aos alunos que apresentaram
seu desempenho cognitivo na média e acima da média obtivemos respectivamente
53,33% e 46,66%. No segundo dia de coleta, com a temperatura radiante média em
torno de 24,10°C, novamente observou-se que nenhum estudante apresentou
desempenho cognitivo abaixo da média; 60% dos estudantes apresentaram um
desempenho na média e 40% apresentaram um desempenho acima da média. No
terceiro dia de coleta, com a temperatura radiante média em torno de 27,19°C,
nenhum dos estudantes obteve um desempenho abaixo da média, 27% obtiveram um
desempenho na média e 73% obtiveram um desempenho acima da média.
Figura 33– Histograma do número de acertos nos testes de raciocínio total no LI– E
Sessão 24°C – Data17/11/14 Sessão 20°C - Data: 18/11/14
Sessão 30°C - Data: 19/11/14
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
118
Em relação ao tempo despendido nos testes de raciocínio total observa-se,
de acordo com a figura 34, assim como nas demais instituições, que os estudantes
levaram mais tempo ao responder os testes na sessão de temperatura a 20°C, o que
pode ter acontecido por se tratar do primeiro dia de coleta, e os mesmos terem
desenvolvido uma forma mais acelerada de resolver as questões durante as demais
sessões. Foi utilizado o teste de Kruskal-Wallis o que resultou com 5% de significância
que o tempo de resposta apresentou variação significativa com p-valor= 0,001 <0,05
levando menor tempo para a realização dos testes na temperatura mais crítica (30°C).
Figura 34– Efeito da temperatura no tempo de resposta no LI– E
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
5.6 INSTITUIÇÃO F - Manaus, Amazonas
5.6.1 Caracterização da amostra F
Foram coletados dados de 28 alunos de cursos de nível superior (área de
engenharia) da Universidade Federal do Amazonas - UFAM, na cidade de Manaus,
AM. A amostra foi composta de 16 homens e 12 mulheres, com idade média de 19 ±
1 ano. O peso médio declarado da amostra foi de 75,1 ± 9,5 Kg para os homens e
60,1 ± 8,1 Kg para as mulheres. A altura média foi de 1,72 ± 0,07 m para os homens
119
e 1,61 ± 0,04 m para as mulheres. Quanto à resistência térmica das roupas, a média
foi de 0,40 ±0,10 clo.
5.6.2 Caracterização do ambiente e dos elementos arquitetônicos
O laboratório de informática (LI) onde ocorreram as coletas possuía uma área
de aproximadamente 69,42 m² onde estavam inseridos 30 computadores com
monitores com tela de cristal líquido-LCD (Liquid Cristal Display), onde os periféricos
de entrada e saída e gabinete encontravam-se sobre a bancada e o estabilizador
encontrava-se abaixo da bancada (figuras 35 e 36). O laboratório possuía dois
aparelhos de ar condicionado Split, localizados na parede Norte e nas fachadas Norte
e Sul havia janelas de madeira e vidro.
Figura 35 - Laboratório de informática da Instituição F
120
Figura 36 – Layout do laboratório de informática da Instituição F
A maior fachada do edifício está voltada para Norte-Sul (figura 37), a forma
alongada das edificações reduz a exposição a radiação solar e expõe as fachadas
maiores aos ventos dominantes. As aberturas estão bem dimensionadas e localizadas
na fachada Norte e Sul, ocupando uma área de 17,85m², ou 61,78%, na fachada Norte
e uma área de 14,5m², ou 42,37%, na fachada Sul, do laboratório. Com relação ao
entorno, os jardins existentes ajudam a resfriar o fluxo de ar que penetra na edificação
e funcionam também como proteção à radiação solar.
Figura 37 – Esquema do caminho do sol no edifício do LI – F
121
Os materiais predominantes no projeto, de acordo com o quadro 13, são
estrutura metálica, concreto e alvenaria, a cobertura tem como material as telhas de
fibrocimento e por ser independente funciona como uma ampla proteção para o
edifício e sua circulação, através dos seus beirais e, por ser acima da laje dos
ambientes, forma um colchão de ar ventilado entre as telhas de fibrocimento e o forro
de concreto.
Quadro 13- Materiais construtivos e revestimento do LI – F COMPONENTE DO EDIFÍCIO MATERIAL
Cobertura Telhas de fibrocimento
Estrutura da coberta Metálica, pintada de verde
Forro Laje de concreto, revestida com cortiça
Vedação da sala Tijolo cerâmico vazado
Esquadrias Madeira e vidro incolor comum
Revestimento externo da vedação Pastilha cerâmica
Revestimento interno da vedação Argamassa pintada de branco e fórmica
bege até altura de 1,80m
5.6.3 Caracterização das condições climáticas externas
A cidade de Manaus, capital do estado do Amazonas está situada no centro
geográfico da Amazônia, na sub-região dos Rios Negro e Solimões. Em relação às
condições climáticas, segundo a classificação de Köppen, o clima de Manaus é
equatorial úmido (Af), isto é, quente e úmido com temperatura média anual entre
23,2°C a 31,4°C. A variação sazonal limita-se a duas estações: inverno (janeiro a abril)
com maior precipitação pluvial e verão (junho a novembro) período mais seco. A
umidade relativa do ar gira em torno de 80% e a média anual de precipitação é de
2.286mm.
Segundo o relatório de Vulnerabilidade e efeitos das mudanças climáticas na
saúde pública em Manaus (2010), em virtude de a cidade estar situada no encontro
entre o rio Negro e o Solimões, a constante evaporação de suas águas causa um
aumento da umidade atmosférica, mas por outro lado se obtém o benefício de uma
diminuição direta da radiação solar.
122
As condições climáticas externas no período de coleta foram obtidas através
dos dados disponíveis no site do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) das
estações automáticas existentes e são apresentadas na tabela 14.
Tabela 14 – Condições meteorológicas na cidade durante o período de coleta no LI – F
Fonte: Adaptado de INMET (2016)
Observa-se que a temperatura do ar e a quantidade de chuva apresentaram
valores similares em todos os dias da pesquisa. A temperatura máxima obtida no
período foi de 35°C e a mínima foi de 33ºC. A temperatura média dos três dias ficou
em torno de 33,6°C. Ao verificar a umidade percebe-se que ela obteve o maior valor
no dia 01/08 com 52% e a mínima de 35% no dia 03/08. A umidade média dos três
dias ficou em torno 43,1%. Em relação à incidência de radiação obteve-se seu maior
valor no último dia da coleta com 2985kJ/m2 e seu menor valor no segundo dia de
coleta com 2455kJ/m2.
5.6.4 Análise das variáveis térmicas
A tabela 15 apresenta as médias relativas a cada variável térmica medida nas
três sessões do experimento no interior do laboratório de informática, bem como seus
respectivos desvios padrões.
Tabela 15 – Condições térmicas médias das coletas de dados no Laboratório de informática F
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Data Hora Temperatura (°C) Umidade (%) Radiação
(kJ/m2) Chuva (mm) Máx. Mín. Média Máx. Mín. Média
01/08/16 17-18 33 33 33 52 44 48 2503 0,00
02/08/16 17-18 34 33 33,3 45 44 44,5 2455 0,00
03/08/16 17-18 35 34 34,5 39 35 37 2985 0,00
Média 34 33,3 33,6 45,3 41 43,1 2647,6 0,00
Sessão Data Ta (°C) Tg (ºC) Trm (°C) Tg-ta(°C) UR(%) v(m/s)
Média DP Média DP Média DP Média DP MD DP Média DP
20°C 01/08/16 23,58 0,12 22,94 0,03 22,55 0,07 -0,64 0,11 51,33 1,04 0,1 0,00
24°C 02/08/16 25,93 0,12 25,33 0,01 24,98 0,06 -0,60 0,11 55,36 1,16 0,1 0,00
30°C 03/08/16 30,85 0,12 29,92 0,00 29,39 0,06 -0,93 0,11 69,30 0,47 0,1 0,00
123
Na primeira sessão observa-se que a média da temperatura do ar alcançada
foi de 23,58°C. Já a média da temperatura de globo foi de 22,94°C e a temperatura
radiante média ficou em torno de 22,55°C. Na segunda sessão a temperatura média
do ar na sala atingiu o valor de 25,93°C; a temperatura radiante média ficou em torno
de 24,98°C e a temperatura média de globo alcançada foi de 25,33 °C. Na última
sessão a média da temperatura do ar alcançada foi de 30,85°C, considerando uma
temperatura externa em torno de 34,5°C. A temperatura radiante média e a
temperatura de globo ficaram em torno, respectivamente, de 29,39°C e 29,92°C.
Observa-se que, em se tratando de (tg-ta), houve diferença em média de
-0,64°C na primeira sessão, -0,60°C na segunda sessão e -0,93°C no último dia de
coleta, ou seja, em todo o experimento a temperatura de globo permaneceu menor
que a do ar o que significa dizer que não houve troca de calor por radiação em nenhum
dia de coleta. Este fato ocorreu possivelmente devido à adequação dos elementos
arquitetônicos e dos materiais constituintes da sala que a isolassem da incidência de
radiação solar. O gráfico 13 mostra a variação da temperatura radiante média e o
gráfico 14 mostra a variação de (tg-ta) durante os três dias de coleta.
Em relação à umidade relativa, percebe-se que em todas as sessões a
umidade relativa foi maior do que a umidade externa apresentada pelo INMET (tabela
14).
Gráfico 13– Variação da temperatura radiante média nos três dias de coletas no LI – F
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
124
Gráfico 14– Variação de (tg-ta) nos três dias de coletas no LI– F
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Para ratificar as análises descritivas realizou-se o teste não paramétrico de
Kruskal-Wallis para amostras independentes para testar se existem diferenças
significativas da temperatura radiante média e também da diferença entre a
temperatura do ar e da temperatura do globo (tg-ta) entre os três dias de análise, e
com p-valor menor que 0,05 rejeita-se a hipótese nula de que as duas variáveis são
iguais nos três dias e consequentemente aceitando a hipótese alternativa de que há
diferenças significativas das variáveis supracitadas entre os três dias de coletas.
5.6.5 Análise do desempenho dos estudantes
Percebe-se de acordo com a figura 38, considerando a classificação dos
autores Almeida e Primi (2004), que no primeiro dia de coleta 3,57% de estudantes
apresentaram um desempenho cognitivo abaixo da média. Em relação aos alunos que
apresentaram seu desempenho cognitivo na média e acima da média obtivemos
respectivamente 85,71% e 10,72%. No segundo dia de coleta, com a temperatura
radiante média em torno de 25,81°C, observou-se que nenhum estudante apresentou
desempenho cognitivo abaixo da média; 85,71% dos estudantes apresentaram um
desempenho na média e 12,9% apresentaram um desempenho acima da média. No
terceiro dia de coleta com a temperatura radiante média em torno de 29,95°C nenhum
dos estudantes obteve um desempenho abaixo da média, 92,30% obtiveram um
desempenho na média e 7,7% obtiveram um desempenho acima da média.
125
Figura 38– Histograma do número de acertos nos testes de raciocínio total no LI– F Sessão 20°C – Data 01/08/16 Sessão 24°C - Data: 02/08/16
Sessão 30°C - Data: 02/08/16
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Em relação ao tempo despendido nos testes de raciocínio total observa-se,
de acordo com a figura 39, que em geral, assim como as instituições anteriores, os
estudantes levaram mais tempo ao responder os testes na sessão de temperatura a
20°C. Nota-se que na sessão 24°C ocorreu a menor variabilidade de tempo de
resposta. Foi utilizado o teste de Kruskal-Wallis o que resultou com 5% de significância
que o tempo de resposta apresentou variação significativa com p-valor= 0,001 <0,05
levando menor tempo para a realização dos testes na temperatura mais crítica (30°C).
126
Figura 39– Efeito da temperatura no tempo de resposta no LI– F
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
5.7 INSTITUIÇÃO G – João Pessoa, Paraíba
5.7.1 Caracterização da amostra G
A turma selecionada para a coleta de dados era composta de 40 estudantes
do 3° ano do curso de nível superior de Formação de Oficiais (CFO) do Centro de
Educação da Academia de Polícia Militar da Paraíba. A amostra foi composta de 34
homens, com idade média de 26 ± 3 anos e de 6 mulheres, com idade média de 22 ±
2 anos. O peso médio declarado foi de 59,3 ±4,72 kg para mulheres e 76,6± 5,54 kg
para os homens. A altura média encontrada foi de 1,63±0,01m para mulheres e
1,72±0,05 m para homens.
A resistência térmica das vestes adotada foi de 0,56 clo, de acordo com a
Norma ISO 9920/95, correspondente ao fardamento oficial para oficiais e praças em
escolas de formação em atividades de sala de aula.
Considerando que os alunos participantes da pesquisa usavam vestimentas
padronizadas (resistência térmica da roupa constante); idade, peso e altura uniformes;
residiam e realizavam tarefas no mesmo ambiente construído, e a quantidade diária
de calorias dos alimentos consumida era adequada às atividades exercidas nos
ambientes militar, tem-se que as variáveis pessoais não interferiram no experimento.
127
5.7.2 Caracterização do ambiente e dos elementos arquitetônicos
O laboratório de informática (LI) onde ocorreram as coletas possuía uma área
de aproximadamente 76,38m² (figura 41). A sala era climatizada com dois aparelhos
de ar-condicionado do tipo Split, apresentava iluminação artificial e um pouco de luz
natural advindas das pequenas frestas das janelas posteriores como se observa na
figura 40. As janelas eram compostas de madeira e de vidro, e eram voltadas para o
sul, impossibilitando a vista para o exterior. A parede orientada para o norte recebia
incidência solar. Os estudantes portavam seus laptops pessoais durante toda coleta
de dados.
Figura 40- Laboratório de informática da Instituição G
128
Figura 41- Layout do laboratório de informática da Instituição G
As maiores fachadas estão voltadas para Norte-Sul (figura 42), reduzindo
assim a exposição à radiação solar, a forma alongada da edificação também contribui
nesse aspecto. A edificação em estudo está afastada em relação às outras do seu
entorno, permitindo a passagem de brisas. O LI em estudo está localizado na parcela
mais oeste do edifício, desta forma recebe radiação solar no período da tarde, porém
a presença de vegetação e um muro baixo protege esta fachada. As aberturas estão
localizadas na fachada Sul, ocupando uma área de 3,81m², ou 20,19%.
Figura 42 – Esquema do caminho do sol no edifício do LI – G
129
Os materiais predominantes no projeto, de acordo com o quadro 14, são o
concreto e a alvenaria e a cobertura tem como material as telhas de fibrocimento, essa
coberta, por ser acima da laje dos ambientes e estar apoiada sob elementos vazados,
forma um colchão de ar ventilado entre as telhas de fibrocimento e o forro de concreto.
Quadro 14- Materiais construtivos e revestimento do LI – G COMPONENTE DO EDIFÍCIO MATERIAL
Cobertura Telhas de fibrocimento
Estrutura da coberta Madeira
Forro Laje de concreto, pintada de branco
Vedação da sala Tijolo cerâmico vazado
Esquadrias Madeira e vidro incolor comum, pintado de
preto
Revestimento externo da vedação Argamassa pintada de branco
Revestimento interno da vedação Argamassa pintada de branco
5.7.3 Caracterização das condições climáticas externas
João Pessoa está localizada na zona costeira do Estado da Paraíba limitando-
se ao norte com o município de Cabedelo; a leste com o Oceano Atlântico; a oeste
com os municípios de Bayeux e Santa Rita, banhada pelos rios Sanhauá, Mambaba
e Paraíba; e ao Sul com o município do Conde. A cidade está localizada próxima a
linha do Equador, recebendo radiação solar próxima das 3000 horas anuais o que
determina um clima quente, caracterizado por uma temperatura média anual de 26°C
(SOUZA, 2010).
Segundo a classificação climática de Köppen, João Pessoa encontra-se na
faixa climática As’ e bioclima Mediterrâneo ou Nordestino Sub-seco. A faixa As’ é
descrita como clima quente e úmido e é caracterizada por apresentar chuvas de
outono, com média térmica anual acima dos 20°C e amplitude térmica anual em torno
de 5°C.
130
As condições climáticas externas no período de coleta foram obtidas através
dos dados disponíveis no site do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) das
estações automáticas existentes e são apresentadas na tabela 16.
Tabela 16 – Condições meteorológicas na cidade durante o período de coleta no LI – G
Fonte: Adaptado de INMET (2016)
Observa-se que a temperatura máxima do ar (29°C) ocorreu nos dias 19 e 20
e a temperatura mínima do ar (26°C) ocorreu no primeiro dia de coleta. A temperatura
média dos três dias ficou em torno de 28°C. Ao verificar a umidade percebe-se que
ela obteve o maior valor médio no dia 20/07 com 88,5% e o mínimo valor médio de
70,6% no dia 19/07. A umidade média dos três dias ficou em torno 80,8%. A incidência
de radiação teve seu maior valor no primeiro dia da coleta com 2715kJ/m2 e seu menor
valor no último dia de coleta com 1340kJ/m2. Não houve registros de chuvas durante
as coletas de dados.
5.7.3 Análise das variáveis térmicas
A tabela 17 apresenta as médias relativas a cada variável térmica medida nas
três sessões do experimento no interior da sala de aula/laboratório de informática,
bem como seus respectivos desvios padrões para cada amostra.
Tabela 17 – Condições térmicas médias das coletas de dados no Laboratório de informática G
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Na primeira sessão observa-se que a média da temperatura do ar alcançada
foi de 20,28°C; a média da temperatura de globo foi de 22,13°C e a média da
Data Hora Temperatura (°C) Umidade (%) Radiação
(kJ/m2) Chuva (mm)
Máx. Mín. Média Máx. Mín. Média
18/07/12 12-14 28 26 27 87 77 83,3 2715 0,00
19/07/12 12-14 29 28 28,5 71 70 70,6 2640 0,00
20/07/12 12-14 29 28 28,5 90 87 88,5 1340 0,00
Média 28,6 27,3 28 82,6 78 80,8 2231,6 0,00
Sessão Data Ta (°C) Tg (ºC) Trm (°C) Tg-ta(°C) UR(%) v(m/s)
Média DP Média DP Média DP Média DP MD DP Média DP
20°C 18/07/12 20,28 0,30 22,13 0,08 23,26 0,15 1,86 0,26 43,59 1,64 0,1 0,00
24°C 19/07/12 23,00 0,20 25,24 0,31 26,56 0,38 2,25 0,17 49,27 2,53 0,1 0,00
30°C 20/07/12 29,50 0,44 29,59 0,59 29,64 1,16 0,09 1,03 62,87 9,31 0,1 0,00
131
temperatura radiante média foi de 23,26°C. Na segunda sessão a temperatura média
do ar e a temperatura de globo na sala atingiram os valores respectivamente de 23°C
e 25,24°C. Em relação à temperatura radiante média os valores ficaram em torno de
26,56°C. Na última sessão a média da temperatura do ar alcançada foi de 29,50°C; a
temperatura radiante média e a temperatura de globo ficaram em torno,
respectivamente, de 29,64°C e 29,54°C.
Observa-se que houve uma diferença em média de 1,86°C e 2,25°C entre a
temperatura de globo e a temperatura do ar (tg-ta) nas sessões de 20°C e 24°C
respectivamente. Na sessão de 30°C esta diferença foi em média de 0,09°C. Nesta
instituição percebe-se que houve uma maior troca de radiação entre os alunos e o
ambiente. Assim, de acordo com os gráficos 15 e 16 percebe-se que houve diferenças
significativas na temperatura radiante média (Trm) e na diferença entre a temperatura
de globo e a temperatura do ar (tg-ta) nos três dias de coletas. Pode-se constatar dessa
forma que houve troca de calor por radiação entre o ambiente e os alunos que ali se
encontravam.
A umidade relativa interna na coleta da amostra para todos os dias apresentou
valores menores do que os valores apresentados da umidade externa mostrada
através da tabela 16, já as outras duas coletas os valores foram próximos aos
apresentados pelo INMET.
Gráfico 15– Variação da temperatura radiante média nos três dias de coletas no LI – G
132
Gráfico 16– Variação de (tg-ta) nos três dias de coletas no LI– G
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Para ratificar as análises descritivas realizou-se o teste não paramétrico de
Kruskal-Wallis para amostras independentes para testar se existem diferenças
significativas da temperatura radiante média e também da diferença entre a
temperatura do ar e da temperatura do globo (tg-ta) entre as três coletas. Com p-
valor<0,05, aceita-se a hipótese alternativa de que há diferenças significativas das
variáveis supracitadas entre os três dias de coleta corroborando assim com os
resultados das análises descritivas.
5.7.4 Análise do desempenho dos estudantes
Percebe-se de acordo com a figura 43, considerando a classificação dos
autores Almeida e Primi (2004), que para a amostra G, no primeiro dia de coleta,
nenhum estudante apresentou um desempenho cognitivo abaixo da média. Em
relação aos alunos que apresentaram seu desempenho cognitivo na média e acima
da média obtivemos respectivamente 50% e 50%. No segundo dia de coleta observou-
se que nenhum estudante apresentou desempenho cognitivo abaixo da média;
33,33% dos estudantes apresentaram um desempenho na média e 66,67%
apresentaram um desempenho acima da média. No terceiro dia nenhum dos
estudantes obteve um desempenho abaixo da média, 26,66% obtiveram um
desempenho na média e 73,34% obtiveram um desempenho acima da média.
133
Figura 43– Histograma do número de acertos nos testes de raciocínio total no LI– G Sessão 20°C – Data 18/07/12 Sessão 24°C - Data: 19/07/12
Sessão 30°C - Data: 20/07/12
Em relação ao tempo despendido nos testes de raciocínio total observa-se,
de acordo com a figura 44, que em geral, assim como as instituições anteriores, os
estudantes levaram mais tempo ao responder os testes na sessão de temperatura a
20°C. Foi utilizado o teste de Kruskal-Wallis o que resultou com 5% de significância
que o tempo de resposta apresentou variação significativa com p-valor= 0,001 <0,05.
134
Figura 44– Efeito da temperatura no tempo de resposta no LI– G
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
5.8 ANÁLISE DA TROCA DE CALOR POR RADIAÇÃO
Após as análises individuais, uniram-se os dados coletados da diferença entre
a temperatura de globo e a temperatura do ar (tg-ta) por LI para uma análise mais
holística das trocas de calor por radiação entre o ambiente e o indivíduo. Através do
quadro 15 observa-se o resultado dos valores obtidos do parâmetro supracitado para
os três dias de ajustes.
Quadro 15– Quadro síntese da troca de calor por radiação por sessão e por LI
LI
SESSÃO 20°C SESSÃO 24°C SESSÃO 30°C
A
Tg > Ta
Tg > Ta
Tg < Ta
0,97 °C ± 0,0
1,17 °C ± 0,0
-0,17 °C± 0,0
Houve troca de calor por radiação
Houve troca de calor por radiação
Não houve troca de calor por radiação
B
Tg > Ta
Tg > Ta
Tg < Ta
0,64 °C ± 0,0
0,51 °C ± 0,0
-0,36 °C ± 0,0
Houve troca de calor por radiação
Houve troca de calor por radiação
Não houve troca de calor por radiação
C
Tg < Ta
Tg < Ta
Tg < Ta
-0,11 °C ± 0,0 -0,16 °C ± 0,0 -0,32 °C ± 0,0
135
Observa-se que a maior troca de calor por radiação térmica ocorreu no
laboratório de informática G, referente à cidade de João Pessoa. Este resultado pode
ter ocorrido devido à quantidade de laptops presentes no ambiente (40 laptops), pois
estes emitem mais radiação do que os personal computers, e/ou devido às
características arquitetônicas da sala que podem ter ocasionado uma maior incidência
de radiação térmica no recinto. Não houve troca de calor por radiação nos laboratórios
de informática C (Brasília) e F (Manaus). Estes resultados ocorreram possivelmente
devido a temperatura externa ter sido baixa ou aos elementos arquitetônicos e
envelopes constituintes da sala favorecendo a não incidência de radiação térmica no
ambiente.
Para melhor visualizar esses achados, através da figura 45, observa-se que a
elevação da temperatura de globo em relação à temperatura do ar foi mais acentuada
no laboratório de informática G, nas sessões à 20 e 24°C e à 30°C, a elevação da Tg
foi alternada ao longo do tempo. Dessa forma é provável que em um ambiente
Não houve troca de calor por radiação
Não houve troca de calor por radiação
Não houve troca de calor por radiação
D
Tg > Ta
Tg > Ta
Tg > Ta
0,83 °C ± 0,0
1,00 °C ± 0,0
0,12 °C ± 0,0
Houve troca de calor por radiação
Houve troca de calor por radiação
Houve troca de calor por radiação
E
Tg > Ta
Tg > Ta
Tg < Ta
0,63 °C ± 0,0
0,65 °C ± 0,0
-1,00 °C ± 0,0
Houve troca de calor por radiação
Houve troca de calor por radiação
Não houve troca de calor por radiação
F
Tg < Ta
Tg < Ta
Tg < Ta
-0,64 °C ± 0,0
-0,60 °C ± 0,0
-0,93 °C ± 0,0
Não houve troca de calor por radiação
Não houve troca de calor por radiação
Não houve troca de calor por radiação
G
Tg > Ta
Tg > Ta
Tg > Ta
1,86 °C ± 0,2
2,25 °C ± 0,0
0,09 °C ± 1,0
Houve troca de calor por radiação
Houve troca de calor por radiação
Houve troca de calor por radiação
136
climatizado provido de diversas fontes de calor interna como news ICT, alunos,
revestimentos de paredes e superfícies, onde Tg>Ta, esses fatores podem influenciar
em termos de troca de calor por radiação entre o aluno e seu ambiente.
Figura 45 – Representação da temperatura de globo (Tg) e da temperatura do ar (Ta) por LI
137
5.9. ANÁLISE GLOBAL DO DESEMPENHO
Em relação ao desempenho pôde-se observar, através da figura 46, que
existiu uma variabilidade dos resultados e consequentemente da capacidade cognitiva
dos estudantes quando comparamos o resultado do desempenho levando-se em
consideração o número de acertos em cada instituição. Nota-se que as instituições E
e G apresentaram um resultado em média mais satisfatório do que as demais. Já a
instituição F apresentou em média um resultado menos satisfatório se comparada com
as outras instituições. Nota-se ainda que a instituição A apresentou resultados mais
homogêneos.
Figura 46– Número de acertos BPR5 por Instituição
Instituição A=UFPI; Instituição B= UFSC; Instituição C =UnB; Instituição D =UNIVASF; Instituição E=USP; Instituição F= UFAM; Instituição G= Centro de Educação da PM da PB
Em relação ao tempo médio de resposta dos testes pôde-se observar, através
da figura 47, que apesar da instituição G ter tido um maior desempenho médio, esta
foi a que obteve o maior tempo médio de resposta dos testes. Já a instituição C foi a
que obteve o menor tempo médio de resposta. Nota-se ainda que a instituição D
apresentou resultados mais homogêneos. De acordo com Lan et al. (2011), o
indivíduo pode conseguir manter o número de acertos, mas alterar o tempo de
resposta devido a condições de desconforto térmico.
138
Figura 47– Tempo de resposta dos testes por Instituição
Instituição A=UFPI; Instituição B= UFSC; Instituição C =UnB; Instituição D =UNIVASF; Instituição E=USP; Instituição F= UFAM; Instituição G= Centro de Educação da PM da PB
5.10 ANÁLISE DOS ELEMENTOS ARQUITETÔNICOS
Em uma edificação as trocas de calor entre os meios exterior e interior têm
como meio o envelope construtivo. O envelope pode ser dividido em duas partes: os
fechamentos opacos e os transparentes – a sua principal diferença é a sua capacidade
ou incapacidade de transmitir radiação solar para o ambiente interno (LAMBERTS et
al, 1997), por essa razão é tão importante a orientação geográfica do edifício e de
suas aberturas, as proteções contra o sol, a organização do espaço (OLIVEIRA, 2015)
bem como seus materiais constituintes, pois os mesmos têm uma relação direta com
o desempenho térmico das edificações. Para tanto deve-se considerar a transmitância
térmica (U) de cada material, ela representa o fluxo de calor transmitido por unidade
de área e por unidade de diferença de temperatura (ANSI/ASHRAE 55-2010).
Na concepção do projeto arquitetônico muitas variáveis ambientais externas
influenciam no mesmo, por exemplo, a oscilação diária e anual de temperatura,
umidade relativa, quantidade de radiação solar incidente, nebulosidade, época do ano,
sentido dos ventos e índices pluviométricos (Frota, 2003 apud OLIVEIRA, 2015).
Dessa forma, de acordo com a metodologia estabelecida, o quadro 16
apresenta os resultados das análises arquitetônicas por LI de sua respectiva
instituição e o quadro 17 algumas considerações gerais das análises.
139
Quadro 16- Análise Arquitetônica por Laboratório de Informática (LI)
Edificação Implantação / Espaçamentos
entre as edificações Ventilação
Posição, tamanho e proteção das aberturas
Paredes Coberturas
LI - A
- Maior fachada voltada para Nordeste - Edificações alongadas e afastadas, reduzindo a exposição à radiação solar e expondo as fachadas maiores aos ventos dominantes - A edificação possui dois pavimentos e o laboratório em estudo está localizado no térreo e na parcela mais Oeste do edifício, desta forma recebe radiação solar na parede Noroeste no período da tarde
- Não há preocupação com a ventilação cruzada dentro do laboratório, as janelas estão localizadas apenas em uma fachada
- Aberturas localizadas na fachada Sudoeste do edifício, ocupando uma área de 10,43m2, ou 41,68% do laboratório - Não há a preocupação com a proteção das aberturas, porém os pilares são dispostos externamente à edificação auxiliando na proteção das mesmas, porém de forma ineficaz
- Os materiais de vedação laterais são compostos por paredes de tijolos de 6 furos rebocado com transmitância térmica de 2,48W/m².ºC - Como o revestimento externo é de tijolinho (α=0,5), seu fator de calor solar é de 4,96% - O atraso térmico da parede é de 3,3 horas
- Coberta de telha cerâmica com estrutura de madeira, para uma coberta de telhas de barro e laje mista (espessura de 12 cm) a transmitância térmica é de 1,92W/m².ºC - O fator solar é de 3,84% (α=0,5) - O atraso térmico da coberta de telha de barro com forro de laje mista é de 3,6 horas
LI - B
- A edificação não é alongada - As fachadas tem praticamente a mesma dimensão - Possui três pavimentos e o laboratório em estudo está localizado no primeiro pavimento
- Não há preocupação com a ventilação cruzada dentro do laboratório, as janelas estão localizadas apenas em uma fachada
- Aberturas localizadas na fachada Sudoeste, ocupando uma área de 10,35m2, ou 47% do laboratório - Utilização de elemento de proteção solar interno, cortinas
- Os materiais de vedação laterais são compostos por paredes de tijolo maciços aparentes, transmitância térmica de 3,70W/m².ºC; e paredes de tijolos de 6 furos rebocado com transmitância térmica de 2,48W/m².ºC - Como a parede é de tijolo aparente (α=0,5), seu fator de calor solar é de 4,96% - O atraso térmico da parede de tijolos maciços é de 2,4 horas, enquanto que da parede de tijolos de 6 furos rebocado é de 3,3 horas
- O valor da transmitância térmica para uma coberta de fibrocimento é de 1,93W/m².ºC -Fator de calor solar é de 5,4% (α= 0,7; pois o fibrocimento se encontra enegrecido) - O atraso térmico da coberta de fibrocimento com forro de laje mista é de 3,6 horas
LI - C - A maior fachada do edifício está voltada para Nordeste
- Não há preocupação com a ventilação
- Aberturas localizadas na fachada sudeste do
- Os materiais de vedação laterais são compostos por paredes de
- O valor da transmitância térmica para uma coberta de
140
- A implantação do edifício gera um pátio central, o prédio possui dois pavimentos e o laboratório se encontra no térreo e na porção mais leste do edifício, desta forma o mesmo não recebe incidência solar direta no período da tarde
cruzada dentro do laboratório, as janelas estão localizadas apenas em uma fachada
edifício, ocupando uma área de 33,83m2, ou 59,22% do laboratório - Utilização de elemento de proteção solar externo, brises
tijolos de 6 furos rebocado com transmitância térmica de 2,48W/m².ºC - Como a cor utilizada é a branca (α =0,2), seu fator de calor solar é de 1,5% - O atraso térmico da parede é de 3,3 horas
fibrocimento é de 1,93W/m².ºC -Fator de calor solar é de 1,5% (α= 0,2; pois o fibrocimento se encontra na cor branca) - O atraso térmico da coberta de fibrocimento com forro de laje mista é de 3,6 horas
LI - D
- A maior fachada do edifício está voltada para Noroeste - A edificação é alongada e, neste caso, aumenta a radiação solar que incide no edifício, devido a sua orientação - A edificação possui três pavimentos e o laboratório em estudo está localizado no primeiro pavimento e na parcela mais norte do edifício, desta forma recebe radiação solar na parede Noroeste no período da tarde
- Não há preocupação com a ventilação cruzada dentro do laboratório, as janelas estão localizadas apenas em uma fachada
- Aberturas localizadas na fachada Noroeste do laboratório, ocupando uma área de 15,21m2, ou 43,89% do laboratório - Não há a preocupação com a proteção das aberturas, porém os pilares são dispostos externamente à edificação auxiliando na proteção das mesmas, porém de forma ineficaz - As aberturas recebem radiação solar direta
- Os materiais de vedação laterais são compostos por paredes de tijolos de 6 furos rebocado com transmitância térmica de 2,48W/m².ºC - Como a cor utilizada é a amarela (α =0,3), seu fator de calor solar é de 3% - O atraso térmico da parede é de 3,3 horas
- O valor da transmitância térmica para uma coberta de fibrocimento é de 1,93W/m².ºC - Fator de calor solar é de 5,4% (α= 0,7; pois o fibrocimento se encontra enegrecido) - O atraso térmico da coberta de fibrocimento com forro de laje mista é de 3,6 horas
LI - E
- A edificação é alongada e sua
maior fachada está orientada
para norte, diminuindo assim a
exposição do edifício à radiação
solar
-Área do laboratório: 61,68m²
- Não há preocupação com a ventilação cruzada dentro do laboratório, as janelas estão localizadas apenas em uma fachada
- Aberturas ocupam uma
área de 7m2, ou 40,79% do
laboratório
- Utilização de elemento de proteção solar externo, brises
- Os materiais de vedação laterais são compostos por divisórias em PVC
- O valor da transmitância
térmica para uma coberta de
fibrocimento é de 1,93W/m².ºC
-Fator de calor solar é de 1,5%
(α= 0,2; pois o fibrocimento se
encontra na cor branca)
- O atraso térmico da coberta
de fibrocimento com forro de
laje mista é de 3,6 horas
141
LI - A=UFPI; LI - B= UFSC; LI - C =UnB; LI - D =UNIVASF; LI - E=USP; LI - F= UFAM; LI - G= Centro de Educação da PM da PB
LI - F
- Maior fachada voltada para Norte-Sul - Edificações alongadas e afastadas, reduzindo a exposição à radiação solar e expondo as fachadas maiores aos ventos dominantes - Edificação térrea
- Preocupação com a ventilação cruzada, possui janelas nas fachadas Norte e Sul
- Aberturas estão bem dimensionadas e localizadas na fachada Norte e Sul, ocupando uma área de 17,85m², ou 61,78%, na fachada Norte e uma área de 14,5m², ou 42,37%, na fachada Sul, do laboratório. - O grande beiral da coberta funciona como proteção para a radiação solar direta
- Os materiais de vedação laterais são compostos por paredes de tijolos de 8 furos, sua transmitância térmica é de 2,24W/m².ºC - O revestimento exterior é de pastilhas cerâmica na cor bege, que possui α=0,3, desta forma o fator de calor solar é de 2,7% - O atraso térmico das paredes, porém, é de 3,7 horas
- O valor da transmitância térmica para uma coberta de fibrocimento é de 1,93W/m².ºC -Fator de calor solar é de 1,5% (α= 0,2; pois o fibrocimento se encontra na cor branca) - O atraso térmico da coberta de fibrocimento com forro de laje mista é de 3,6 horas -Laje possui um isolamento térmico de cortiça, o que reduz sua transmitância térmica e melhora o desempenho térmico da mesma
LI - G
- As maiores fachadas estão voltadas para Norte-Sul, reduzindo assim a exposição à radiação solar, a forma alongada da edificação também contribui nesse aspecto - Edificação em estudo está afastado em relação às outras do seu entorno, permitindo a passagem de brisas - Edificação térrea, laboratório em estudo localizado na parcela mais oeste do edifício, desta forma a parede recebe radiação solar no período da tarde, a presença de vegetação e um muro baixo ajuda a protege-la da radiação solar
- Não há preocupação com a ventilação cruzada dentro do laboratório, as janelas estão localizadas apenas em uma fachada
- As aberturas estão localizadas na fachada Sul, ocupando uma área de 3,81m², ou 20,19%, nessa fachada do laboratório
- Os materiais de vedação laterais são compostos por paredes de tijolos de 6 furos rebocado com transmitância térmica de 2,48W/m².ºC - Como a cor utilizada é a branca (α =0,2), seu fator de calor solar é de 1,5% - O atraso térmico da parede é de 3,3 horas
- O valor da transmitância térmica para uma coberta de fibrocimento é de 1,93W/m².ºC --Fator de calor solar é de 1,5% (α= 0,2; pois o fibrocimento se encontra na cor branca) - O atraso térmico da coberta de fibrocimento com forro de laje mista é de 3,6 horas
142
Quadro 17- Considerações gerais da Análise Arquitetônica
A partir da análise arquitetônica construiu-se o resultado geral por laboratório
de informática (LI) (quadro 18). Com este resultado foi possível constatar se o projeto
arquitetônico e os materiais constituintes dos LIs tinham mais aspectos positivos do
que negativos, não contribuindo desta forma com a incidência de radiação proveniente
de fontes externas de calor. Assim, podê-se observar que as fontes externas de calor
poderiam estar colaborando com o aumento da radiação térmica no ambiente.
CONSIDERAÇÕES GERAIS – ANÁLISE ARQUITETÔNICA
- Quanto à coberta, a maior parte dos ambientes utilizam o fibrocimento com laje de concreto. Ao analisar as propriedades térmicas desse material pode-se observar que é um material leve e possui uma elevada condutividade térmica, CT=451(KJ/m².K), e baixa capacidade térmica (ABNT NBR 15220, 2003), ou seja, ele transmite grande quantidade de calor. Isso se agrava com o enegrecimento que o material sofre com o passar do tempo, processo esse que ocorre mais rápido devido a umidade elevada. Sua utilização não é indicada em lugares onde o ganho térmico não é desejado, quando da sua utilização deve-se ser associado com algum material reflexivo sobre o mesmo, ou material isolante na laje, pois essas estratégias ajudam a diminuir o ganho térmico dentro da edificação através da cobertura.
- De acordo com a NBR 15220 (2003), as telhas de barro são porosas e permitem a absorção de água, o que contribui para a redução do fluxo de calor para o interior da edificação, pois deste calor será dissipado no aquecimento e evaporação da água contida nos poros da telha, para isso é importante que a mesma não possua tratamento que impeça a absorção dessa água, essa característica o torna uma melhor opção para as coberturas; apesar de possuir uma transmitância térmica praticamente igual à do fibrocimento o seu fator solar é inferior.
- A coberta é um fator importante a ser considerado quando se pensa no desempenho térmico dessas edificações, a mesma pode estar contribuindo para o aumento da temperatura de globo em relação a temperatura do ar dentro dos ambientes, principalmente nas edificações que utilizam o fibrocimento.
- As cores também são importantes quando da análise do desempenho térmico das edificações,
visto que cores mais claras tem um valor de absorbância () bem inferior às cores mais escuras, isso significa que o uso de cores claras diminui a quantidade de calor absorvida pelo material, esse dado, mais o da transmitância térmica do material são essenciais para o cálculo do fator solar, isso vale tanto para a coberta quanto paras as vedações laterais.
- Quanto às vedações laterais observa-se que as paredes de tijolos de 6 furos rebocado possui uma transmitância térmica inferior (U=2,48W/m².ºC) às paredes de tijolo maciço aparente (U=3,70W/m².ºC). As paredes com revestimento de tijolinho também têm um aumento no fator de calor solar, devido a sua cor.
- Os fechamentos transparentes, as janelas, são os maiores responsáveis pela entrada de radiação solar no ambiente, por isso o uso de elementos de proteção solar é tão importante para impedir essa entrada.
143
Quadro 18- Resultado geral da análise arquitetônica por Laboratório de Informática (LI)
LI Resultado
Geral
Aspectos do projeto
A
O laboratório em estudo está localizado na posição mais desfavorável da edificação, recebendo radiação solar em uma das paredes por toda a tarde. As aberturas na edificação também estão na mesma situação, como não há a preocupação com a colocação de elementos de proteção nessas janelas elas recebem radiação solar direta, contribuindo para a entrada de radiação térmica no ambiente.
NEGATIVO
B
As aberturas são generosas, quanto as vedações laterais são utilizados dois materiais distintos, a parede de tijolos aparentes possui uma transmitância térmica e um fator solar elevados. A utilização de cortinas pressupõe que a radiação solar que entra no ambiente pelas aberturas é desfavorável, sua localização na fachada sudoeste favorece a entrada dessa radiação.
NEGATIVO
C
O laboratório está localizado na porção mais leste do edifício, desta forma não recebe incidência solar no período da tarde, a localização das aberturas também é favorável, recebendo radiação solar apenas pela manhã, porém o uso de proteção solar externa ajuda a diminuir sua entrada. Quanto a coberta de fibrocimento o fator de calor solar é bem reduzido, quando comparado com outros locais, pois o mesmo não se encontra enegrecido, devido à baixa umidade da cidade
POSITIVO
D
A má orientação do edifício causa sua maior exposição à radiação solar; as aberturas do laboratório, localizadas à noroeste, recebem radiação solar direta sendo a maior fonte de entrada de calor no ambiente. O uso de proteção solar externa é de extrema importância nessa edificação, porém não há nenhuma preocupação nesse sentido, o uso de papel pardo para cobrir as janelas na parte interna do laboratório mostra o desconforto causado por essas janelas. Quanto a coberta de fibrocimento o fator de calor solar é elevado, quando comparado com outros locais, pois o mesmo se encontra enegrecido.
NEGATIVO
E
Sua orientação no sentido Norte-Sul, reduz sua exposição à radiação solar, as aberturas são protegidas por brises e a presença de vegetação também contribui para diminuir a incidência de radiação nas mesmas. A coberta de fibrocimento pode estar facilitando a entrada de calor no ambiente, porém seu fator de calor solar é bem reduzido, quando comparado com outros locais, pois o mesmo não se encontra enegrecido.
POSITIVO
144
De acordo com o quadro 15 referente à troca de calor por radiação, verificou-
se nos laboratórios de informática A e B que nos dois primeiros dias de coleta a
temperatura de globo foi maior que a temperatura do ar, ocorrendo trocas de calor por
radiação térmica. Considerando que em ambos os laboratórios de informática destas
instituições o projeto e seus elementos constituintes foram considerados negativos
(quadro 18) percebe-se que tanto as condições térmicas internas como as externas
poderão ter sido responsáveis por essa diferença entre as temperaturas. Observou-
se no laboratório de informática D, que a temperatura de globo foi superior à
temperatura do ar nos três dias de coleta. Como o projeto e os materiais constituintes
deste laboratório também também foram considerados negativos, há fatores internos
e externos proporcionando aumento de radiação térmica no ambiente. Para Atmaca
et al. (2007) edifícios onde os envelopes construtivos não possuem isolamento e
materiais adequados a temperatura da superfície interna das paredes do edifício será
afetada pelas condições ambientais externas, especialmente pela radiação solar.
Consequentemente a temperatura na superfície interna dessas paredes irá aumentar
consideravelmente, contribuindo para o aumento da radiação térmica no recinto.
No laboratório de informática E ficou constatado que houve troca de calor por
radiação, mas pela análise arquitetônica, o seu projeto sinalizou mais pontos
postitivos, implicando que a maior parte desta troca de calor foi provavelmente
proveniente de fontes internas de calor. Verificou-se nos laboratórios C e F que em
todas as coletas de dados a temperatura de globo se manteve abaixo da temperatura
F
Sua orientação no sentido Norte-Sul, reduz sua exposição à radiação solar, os materiais possuem um bom desempenho térmico, havendo manutenção da pintura da telha de fibrocimento e da cortiça utilizada internamente à laje como isolante térmico. As aberturas são protegidas da radiação solar direta pelo grande beiral da coberta, o edifício foi projetado com a preocupação com a ventilação natural, com janelas nas fachadas norte e sul.
POSITIVO
G
Sua orientação Norte-Sul minimiza a sua exposição à radiação solar, o laboratório em estudo está localizado na porção mais oeste do edifício, porém a presença de vegetação e um muro baixo ajudam a proteger sua fachada oeste. Os materiais possuem um bom desempenho térmico. Deve-se observar ao que diz respeito à coberta pois a transmitância térmica do material sinaliza que este pode estar facilitando a entrada de calor no ambiente, porém o colchão de ar ventilado entre as telhas de fibrocimento e o forro de concreto diminui a quantidade de calor transmitida para dentro do ambiente.
POSITIVO
145
do ar, inexistindo, por conseguinte, trocas de calor por radiação. Essa característica,
aliada aos dados obtidos do bom desempenho dos materiais sinalizou que os projetos
tinham mais características positivas em ambos os LIs. Desta forma não houve
incidência de radiação térmica proveniente dos ambientes interno e externo nestes
laboratórios de informática.
A instituição onde houve uma maior troca de calor por radiação no ambiente foi
o laboratório de informática da Instituição G, observando no quadro 16 que (tg-ta)
superou 2°C quando a temperatura do ar no laboratório estava no entorno de 24°C.
Entretanto, sua análise arquitetônica sinalizou que o projeto tinha mais aspectos
positivos. Sua orientação Norte-Sul minimizava a sua exposição à radiação solar e o
bom desempenho térmico dos seus materiais minimizava a incidência da radiação
advinda do ambiente externo. Segundo Atmaca et al. (2007), quando no edifício os
envelopes incluem isolamentos e materiais adequados, tais fatores possibilitam
pequenos ganhos de calor internos e externos advindos da radiação solar, visto que
a temperatura da superfície interna das paredes do edifício auxilia na defesa das
condições ambientais exteriores. Desta forma, neste caso especificamente, é provável
que o número (40) representativo de laptops e as outras fontes de calor internas no
ambiente do laboratório de informática da instituição G poderiam estar colaborando
para o aumento da temperatura de globo em relação à temperatura do ar, visto que,
a temperatura radiante média superou a temperatura de globo em 2,25°C ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎.
5.11 MODELAGEM MATEMÁTICA
À luz dos resultados das trocas de calor por radiação e da análise
arquitetônica foi constatada que a maior incidência de radiação térmica ocorreu no
laboratório de informática da instituição G no Centro de Educação da Academia de
Polícia Militar da Paraíba, em João Pessoa. Assim, foi proposto um modelo
matemático a fim de avaliar se a (Tg-Ta) e Trm poderiam ter relação com o desempenho
total dos estudantes (Dt).
Desta forma, baseado no objetivo geral deste trabalho e nos dados coletados,
para verificar a influência da temperatura radiante média (Trm) e da diferença da
temperatura de globo em relação à temperatura do ar (tg-ta) no desempenho dos
estudantes selecionou-se como variável dependente, para análise da acurácia do
146
desempenho cognitivo global, o índice Dt, relativo ao desempenho total dos
estudantes em função do tempo.
Foram calculados os coeficientes de correlação de Spearman (anexo 2) e
verificado sua significância para analisar a correlação entre as variáveis Dt, Trm e (tg-
ta). A tabela do anexo também mostra as correlações encontradas para cada
instituição entre todas as outras variáveis térmicas obtidas no presente trabalho que
apresentaram p-valor< 0,05, utilizando o software SPSS®.
A princípio foi necessário verificar se as variáveis independentes (Trm e tg-ta)
não apresentavam multicolinearidade, isto é, não estavam correlacionadas. Cohen
(1988) e Field (2009) apontam que um coeficiente de correlação de Spearman com
valores entre 0,10 e 0,29 a correlação pode ser considerada fraca; escores entre 0,30
e 0,49 a correlação pode ser considerada como média; e valores entre 0,50 e 1 a
correlação pode ser interpretada como forte. Assim observa-se (de acordo com anexo
2) que a instituição G apresentou uma correlação fraca entre as variáveis
independentes, possibilitando a construção de um modelo matemático utilizando as
mesmas.
Optou-se por utilizar a classe dos Modelos Lineares Generalizados (MLG)
para a modelagem matemática. Porém para que MLG possa ser utilizada, é
necessário que a distribuição seja da família exponencial, além de ser fundamental
encontrar uma função de ligação para explicar a relação entre variáveis dependentes
e independentes. O histograma apresentado no gráfico 17 propõe a visualização da
distribuição dos dados referentes a Dt.
Gráfico 17– Distribuição de frequência de Dt – Amostra G
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Observa-se que a mesma se aproxima de uma distribuição da família
147
exponencial, o que permitiu uma abordagem a partir de Modelos Lineares
Generalizados. Aplicando o teste de normalidade de Shapiro-Wilk para a variável
dependente no SPSS verifica-se que (para um nível de significância igual a 0,05) a
distribuição é significativamente diferente de uma distribuição normal. Assim, o
modelo adequado de regressão ajustado foi o da família gaussiana inversa com
função de ligação log na forma da equação 27.
).(.exp 21 tatgtrm (27)
O quadro 19 apresenta a estimativa dos coeficientes do modelo e seus
respectivos erros padrões, valores t e probabilidades.
Quadro 19- Estimativa dos coeficientes do modelo
Coeficiente Estimativa Desvio Padrão
Valor t Pr(>|t|)
Trm -0,084 0,0042 -19,698 2e-16
(tg-ta) -0,185 0,0610 -3,029 0,0038 Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Em complemento a construção do modelo foi verificado a presença de desvios
sistemáticos através da análise de adequação da distribuição, da função de variância
e da presença de pontos influentes inconsistentes.
A adequação da distribuição selecionada para o modelo foi analisada através
do gráfico qq-plot (gráfico 18). A adequação da distribuição pode ser verificada pelo
ajuste entre os pontos e a reta. Observa-se que o gráfico não deixa evidente a
normalidade da distribuição dos resíduos e apresenta alguns indícios de que a
distribuição pode não ser normal. Porém, o teste de Shapiro-Wilk e o teste de Lilliefors
presentes na tabela 18 indicam que esses resíduos apresentam distribuição normal.
Logo, a distribuição atribuída à variável resposta mostra-se adequada.
148
Gráfico 18 – Adequação da distribuição
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Tabela 18 – Resultados dos testes de normalidade para o desvio residual
Teste de normalidade Valor p
Shapiro-Wilk 0,4048
Lilliefors 0,6272
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Em relação à adequação da função de variância o gráfico do desvio residual
em função dos valores preditos (gráfico 19) apresenta fortes indícios de que a função
de variância (determinada pela distribuição que foi escolhida) do modelo é adequada.
Esses indícios consistem na distribuição uniforme dos resíduos sem apresentar
qualquer padrão de mudança no espalhamento dos pontos ao longo do eixo das
abscissas do gráfico.
Gráfico 19 – Adequação da Função de Variância
149
A análise de pontos influentes inconsistentes (gráfico 20) apresentou um
ponto de influência inconsistente (ponto 42) o qual precisa ser analisado.
Gráfico 20 - Gráfico do desvio residual padronizado em função da alavancagem
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Retirando esse ponto influente inconsistente e estimando novamente os
parâmetros para o mesmo modelo obtêm-se as seguintes estimativas (quadro 20):
Quadro 20- Estimativa dos coeficientes do modelo sem o ponto 42
Coeficiente Estimativa Desvio Padrão
Valor t Pr(>|t|)
Trm -0,082 0,0045 -17,994 2e-16
(tg-ta) -0,218 0,0638 -3,418 0,00126 Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Este procedimento de análise de desvios sistemáticos foi repetido até que não
houvesse mais pontos influentes inconsistentes. Todas as vezes que era retirado o
ponto de influência inconsistente um novo modelo era gerado e analisado novamente
cada desvio sistemático. Assim para chegar ao modelo final houve a necessidade de
retirada dos pontos 42, 46, 50 e 51 nos quais representavam pontos influentes
inconsistentes.
Desta forma, ajustando-se o modelo final sem esses pontos obteve-se as
seguintes estimativas (quadro 21):
150
Quadro 21- Estimativa dos coeficientes do modelo final
Coeficiente Estimativa Desvio Padrão
Valor t Pr(>|t|)
Trm -0,0726 0,0063 -11,421 5,04e-15
(tg-ta) -0,341 0,0850 -4,017 0,0002
Com estas análises ratifica-se a consistência do modelo. Desta forma, com
base nas informações das estimativas apresentadas no quadro 21, substituindo os
respectivos coeficientes β1, β2 tem-se:
)(341,0073,0 tatgTrmeDt
(28)
Salienta-se, de acordo com o quadro 21, que os p-valores < 0,05 mas o
pseudo R2 (0,1548) é baixo. No entanto, sobre o ajuste de modelos lineares
generalizados Cordeiro e Demétrio (2008, p.107) ressaltam que, na prática, um
resultado favorável do teste da razão de verossimilhança (para um dado nível de
significância) pode ser considerado uma evidência de que um modelo se ajusta
razoavelmente bem aos dados. Assim, como o p-valor do teste da razão de
verossimilhança foi <0,001, então a equação 28 é bem ajustada.
A tabela 19 mostra os pontos adicionais que foram desconsiderados em cada
uma das etapas de ajuste dos modelos. Nessa tabela são indicados também as
mudanças percentuais esperadas no desempenho para a variação unitária (1°C) de
cada uma das variáveis independentes em cada um dos modelos obtidos.
Tabela 19 – Mudança percentual para os modelos ajustados
Etapa Pontos de alavanca excluído
Mudança percentual no desempenho por variação unitária da variável independente
Trm (tg-ta)
1 - 8,06% 16,81%
2 42 7,87% 19,59%
3 46 7,69% 21,73%
4 51 7,41% 24,04%
5 50 e 43 6,95% 28,97%
A partir do modelo (28) observa-se que mantendo constante a temperatura
radiante média a cada aumento de um grau na diferença da temperatura de globo em
relação à temperatura do ar (tg-ta) o desempenho diminui em torno de 29%. Esta
afirmação pode ser constatada através do gráfico 21, pois ao fixar três valores para
temperatura radiante média (23°C, 25°C e 28°C), variando (tg-ta) entre 1 a 4°C,
151
observa-se, que o desempenho tende a diminuir com o aumento de (tg-ta).
Gráfico 21 - Comportamento do desempenho em função de (tg-ta)
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
152
CAPÍTULO 6: CONCLUSÕES
O campo da radiação térmica tem recebido pouca atenção, o que, em grande
parte, tem limitado o desenvolvimento de estudos nessa área. A maior parte dos
trabalhos publicados atribui o nível de conforto térmico dos ambientes apenas à
temperatura de bulbo seco do ar, sem levar em consideração a influência de outras
variáveis do conforto. Isto é observado em diversos estudos realizados em várias
partes do mundo em que ocorre a hipótese simplificadora de que a temperatura
radiante média é igual à temperatura do ar. A elevação da temperatura de globo e
consequentemente da temperatura radiante média de um ambiente interno pode
causar redução da produtividade dos que ali se encontram, visto que, o conforto
térmico tem uma significativa influência sobre a produtividade e satisfação dos
ocupantes em um ambiente.
Diversos fatores podem contribuir para o aumento da radiação térmica num
ambiente de trabalho. Dentre eles pode-se considerar (1) as condições térmicas
externas - mudanças climáticas; (2) o projeto arquitetônico; (3) os materiais que
revestem a edificação; (4) as tecnologias de comunicação e informação do ambiente;
e o (5) homem. Assim todos esses parâmetros podem contribuir para o aumento da
radiação térmica em um ambiente climatizado, que neste trabalho os ambientes
referidos foram laboratórios de informática de instituições de ensino brasileiras, onde
se investigou a radiação térmica através do comportamento da temperatura de globo
em relação à temperatura do ar, observando a variação da temperatura radiante
média, quando alunos exerciam atividades cognitivas.
Em se tratando da troca de calor por radiação, foi constatado que no
laboratório de informática da instituição A, em Teresina,PI, houve diferença em média
de 1ºC e 1,2°C entre a temperatura de globo e a temperatura do ar (tg-ta) nas sessões
de 20°C e 24°C respectivamente e que esta diferença foi relativamente menor e
negativa na sessão de 30°C, portanto na maior parte da coleta houve troca de calor
por radiação entre o ambiente e os alunos que ali se encontravam. No laboratório de
informática da instituição B, em Florianópolis,SC, houve diferença em média de 0,64ºC
e 0,51°C entre (tg-ta) nas sessões de 20°C e 24°C respectivamente e que esta
diferença foi também relativamente menor e negativa na sessão de 30°C. Esta
tendência se repete na instituição E, em São Carlos, SP, onde (tg-ta) variou de 0,63°C
(sessões 20°C e 24°C) à -1°C (sessão 30°C). Com relação ao laboratório de
153
informática da instituição D, em Petrolina, PE, houve troca de calor por radiação em
todas as sessões, visto que, em média, (tg-ta) variou de 0,83°C à 1°C (respectivamente
nas sessões 20°C e 24°C) e de 0,12°C (sessão 30°C). Nos laboratórios de informática
das instituições C, em Brasília, DF, e F, em Manaus, AM, nenhuma sessão apresentou
troca de calor por radiação, visto que, em todos os dias de coletas nas instituições
supracitadas tg < ta. O laboratório de informática da instituição G, João Pessoa, PB,
foi o que apresentou a maior troca de calor por radiação. Nele houve diferença em
média de 1,86ºC e 2,25°C entre (tg-ta) nas sessões de 20°C e 24°C respectivamente
e de 1°C na sessão de 30°C.
Desta forma, constatou-se que nos três dias consecutivos quando a
temperatura do ar era 20, 24 e 30°C, respectivamente, só não houve troca de calor
por radiação entre o aluno e seu ambiente nos laboratórios das instituições C e F,
demonstrando que nos outros laboratórios das instituições A, B, D,E e G houve troca
de calor por radiação. Mas ressaltando que no laboratório da instituição G essa troca
de calor foi mais acentuada, tal que a temperatura radiante média em dado instante
superou a temperatura de globo em 2,25°Cℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎.
Aliado às características térmicas foi realizada também a análise dos
elementos arquitetônicos bem como dos materiais constituintes do projeto
arquitetônico para verificar se a diferença entre a temperatura de globo e a
temperatura do ar (tg-ta), quando existente, era possivelmente causada por fontes de
calor presentes no ambiente interno, por fontes de calor externas ou causada por
ambas. Os resultados destas análises mostraram que, nas instituições A, B e D, os
projetos tinham mais aspectos negativos, constatando assim, que algum elemento
arquitetônico poderia estar contribuindo com a troca de calor por radiação no ambiente
interno, além das fontes de calor internas (news ICT). As instituições C e F
apresentaram um resultado positivo ao projeto arquitetônico. Destaca-se que em
ambas as instituições não houve troca de calor por radiação entre o ambiente e os
indivíduos que ali se encontravam.
Ainda em relação à análise arquitetônica, foi constatado que, no laboratório de
informática da instituição E, houve troca de calor por radiação, mas a análise
arquitetônica resultou em um projeto com mais aspectos positivos implicando que a
maior parte desta troca de calor foi provavelmente proveniente apenas de fontes
internas de calor. O laboratório de informática que apresentou a maior troca de calor
154
por radiação no ambiente interno foi o da Instituição G e sua análise arquitetônica
sinalizou que o projeto arquitetônico estava positivo tanto pela boa orientação norte-
sul como pelo bom desempenho térmico dos seus materiais. Então, provavelmente as
fontes de calor no interior do laboratório devem ter proporcionado aumento da
radiação térmica, haja vista que o número de alunos e laptops eram representativos.
Quanto ao desempenho nas provas de raciocínio, observou-se que em
nenhuma instituição os alunos apresentaram desempenho cognitivo abaixo da média,
com exceção da instituição F, na cidade de Manaus, no primeiro dia de coleta, onde
em média 4% dos estudantes apresentaram desempenho insatisfatório. As
instituições E e G apresentaram um resultado mais satisfatório em relação às demais
e a instituição F apresentou em média um resultado menos satisfatóriose comparada
com as outras instituições.
Em relação ao tempo despendido nos testes de raciocínio observou-se que
em geral os estudantes levaram mais tempo ao responder os testes na temperatura
de 20°C, o que pode ter acontecido por se tratar da primeira sessão e os mesmos
haverem desenvolvido uma forma mais rápida de resolver as questões durante as
demais sessões. Apesar da instituição G ter tido um maior desempenho médio foi a
que apresentou o maior tempo médio de resposta dos testes. Já a instituição C foi a
que apresentou o menor tempo médio de resposta. Os estudantes, durante o
experimento, demonstraram se sentir motivados para obter bons resultados nos
testes, mesmo na situação de maior desconforto (30°C), o que pode estar relacionado
à redução no nível de excitação e aumento do desempenho em velocidade e precisão
em condições moderadamente quentes, observado por Tham et al. (2010).
Assim, os resultados apontaram que o laboratório de informática da Instituição
G, em João Pessoa, com os alunos portando laptops, apresentou a maior incidência
de radiação térmica no ambiente de coleta, visto que, tg>> ta. Assim, no sentido de
confirmar esses achados, um modelo matemático foi proposto para este laboratório
com o intuito de estimar a influência das variáveis independentes, temperatura
radiante média (trm) e a diferença entre a temperatura de globo e a temperatura do ar
(tg-ta), sobre o desempenho total dos participantes (Dt) durante as medições. Optou-
se por utilizar Modelos Lineares Generalizados, em que o modelo mais adequado foi
o da família gaussiana inversa e log como função de ligação.
Constatou-se através do modelo matemático que que a cada aumento de um
grau na diferença entre a temperatura de globo e a temperatura do ar (Tg-Ta), o
155
desempenho cognitivo dos alunos no laboratório de informática da instituição G
diminuía em torno de 29%, constatando que, quanto maior a temperatura radiante
média, maior será a radiação térmica nesse laboratório, e esse aumento poderá
comprometer o desempenho dos alunos. Dessa forma, assim como a produtividade
pode sofrer alterações devido às mudanças de temperatura do ar em ambientes de
ensino climatizados, conforme já comprovado por publicações internacionais, neste
caso específico, se Tg>>Ta, possivelmente a radiação térmica poderá interferir no
desempenho das pessoas presentes em ambiente providos de inovações
tecnológicas de comunicação e informação (News ICT).
6.1 SUGESTÕES PARA ESTUDOS FUTUROS
Levando-se em consideração cada vez mais a relação um tanto intrínseca
entre o homem e o computador, acarretando uma utilização mais intensa dessa
tecnologia e em períodos cada vez mais longos, observa-se a necessidade de se ter
certos cuidados em relação ao planejamento ergonômico do ambiente de trabalho
para certas atividades que exijam maior utilização destes equipamentos. Assim,
dentro desse planejamento um fator destaca-se como de suma importância para ser
avaliado: as condições ambientais sob o ponto de vista da ergonomia. Porém, medir
apenas variáveis do conforto ambiental incluindo a qualidade do ar e a radiação não-
ionizante e comparar seus resultados com os preceitos de normas nacionais e
internacionais não é o suficiente.
A coleta de dados dessas variáveis e o estudo da relação de cada uma delas
com o desempenho e com a saúde do trabalhador, apesar de importante, pode não
traduzir resultados eficazes. Pois, com a inserção da tecnologia cada vez mais
imperante nos ambientes de trabalho, maior tempo de utilização dessas tecnologias,
e se levar em consideração outras variáveis externas, como as mudanças climáticas,
que em países tropicais vêm demonstrando um aumento na temperatura do ar a cada
ano, torna-se se fundamental investigar não apenas como cada fator poderá contribuir
para o aumento da radiação térmica no ambiente, mas analisar também como o
conjunto de variáveis (Projeto Arquitetônico, Mudanças Climáticas, News ICT,
Sistemas de Climatização e Iluminação e o próprio Homem) poderá contribuir para o
aumento da radiação térmica no ambiente utilizando a ferramenta estatística redes
bayesianas.
156
Esta análise do conjunto como um todo deve ser realizada principalmente
quando houver registro de que a temperatura do globo foi significativamente superior
à temperatura do ar, pois essa ocorrência implica no aumento da temperatura radiante
média, a qual será superior a temperatura do globo, o que nos fornecerá subsídios
para identificar que fator é mais preponderante na contribuição da elevação da
radiação térmica, bem como saber qual é a probabilidade de cada variável e do
conjunto de variáveis contribuir para o aumento da radiação térmica com reflexos no
desempenho e na saúde do trabalhador.
157
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172
ANEXO 1 – TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO
Prezado (a) Senhor (a)
Esta pesquisa é sobre “Influência da temperatura de globo em relação à
temperatura do ar no desempenho de estudantes em ambientes de ensino inteligentes
(News ICT) nas regiões brasileiras” e está sendo desenvolvida pela pesquisadora Flávia
Brandão Ramalho de Brito, aluna do Mestrado em Engenharia de Produção, sob a orientação
do Prof Dr Luiz Bueno da Silva, Programa de Pós-Graduação de Engenharia de Produção da
Universidade Federal da Paraíba.
Os objetivos do estudo são analisar a influência da temperatura de globo em relação
à temperatura do ar no desempenho dos alunos em ambientes de ensino inteligentes (News
ICT) em áreas das regiões brasileiras; avaliar o desempenho dos alunos através de funções
cognitivas utilizadas em processos de aprendizagem; realizar medições das variáveis
térmicas nos ambientes de ensino; verificar a relação entre a temperatura radiante média e a
diferença entre a temperatura de globo e a temperatura do ar no desempenho de alunos;
avaliar a criação de um índice de correção entre a temperatura de globo e a temperatura do
ar mediante a elevação da radiação térmica; comparar o comportamento da variação das
diferenças entre a temperatura de globo e a temperatura do ar nos ambientes de ensino em
cada região.
A finalidade deste trabalho é contribuir para melhor conhecimento da relação entre a
radiação térmica e o desempenho de alunos universitários, de forma a prever efeitos
deletérios para a aprendizagem. A preocupação com a aprendizagem de universitários é de
extrema importância, visto que ela é a base para a formação de profissionais capacitados.
Solicitamos a sua colaboração para responder a questionário sobre dados gerais;
realizar teste de raciocínio; como também sua autorização para apresentar os resultados
deste estudo na defesa de mestrado junto ao departamento de Engenharia de Produção da
Universidade Federal da Paraíba, em eventos da área de engenharia de produção e publicar
em revista científica.
Salientamos que esta pesquisa será gravada e os dados ficarão guardados no
Laboratório de Análise do Trabalho, localizado no Departamento de Engenharia de Produção
do Centro de Tecnologia da UFPB por 5 anos. Após este período, será descartado conforme
a resolução número 466 de 12 de novembro de 2012. Por ocasião da publicação dos
resultados, os seus dados serão mantidos em sigilo.
Informamos que essa pesquisa oferece riscos mínimos, como qualquer pesquisa que
apresenta questionário, mas que não são nocivos a sua saúde.
Esclarecemos que sua participação no estudo é voluntária e, portanto, o(a) senhor(a)
não é obrigado(a) a fornecer as informações e/ou colaborar com as atividades solicitadas pelo
Pesquisador(a). Caso decida não participar do estudo, ou resolver a qualquer momento
desistir do mesmo, não sofrerá nenhum dano. Os pesquisadores estarão a sua disposição
para qualquer esclarecimento que considere necessário em qualquer etapa da pesquisa.
Diante do exposto, eu, ____________________________________________ declaro
que fui devidamente esclarecido (a) e dou o meu consentimento para participar da pesquisa
e para publicação dos resultados. Estou ciente que receberei uma cópia desse documento.
173
Assinatura do Participante da Pesquisa ou Responsável Legal
Assinatura da Testemunha
Contato com o Pesquisador (a) responsável:
Caso necessite de maiores informações sobre o presente estudo, favor entrar em contato com
a pesquisadora Flávia Brandão Ramalho de Brito, através de e-mail:
[email protected]; de telefone: (83) 996051900 ou no Departamento de Pós-
Graduação em Engenharia de Produção – Cidade Universitária, Campus I.
Ou Comitê de Ética em Pesquisa do CCS/UFPB – Cidade Universitária / Campus I
Bloco Arnaldo Tavares, sala 812 – Fone: (83) 3216-7791
Atenciosamente,
Flávia Brandão Ramalho de Brito
Obs.: O sujeito da pesquisa ou seu representante e o pesquisador responsável deverão
rubricar todas as folhas do TCLE apondo suas assinaturas na última página do referido Termo.
174
ANEXO 2 – TABELA DE CORRELAÇÕES
Instituição
A B C D E F G
Correlação
Dt x ta 0,163 0,100 -0,090 -0,077 0,205 0,141 -0,073
Dt x tg 0,169 0,151 -0,162 -0,111 0,152 0,145 -0,009
Dt x trm 0,177 0,126 -0,184 -0,090 0,075 0,164 0,054
Dt x (tg-ta) 0,119 -0,043 -0,077 -0,460 -0,413 0,066 -0,101
Dt x RH -0,108 0,028 0,226 -0,408 -0,309 0,125 0,065
Ta x tg 0,979 0,964 0,785 0,952 0,930 0,998 0,945
Ta x trm 0,958 0,933 0,346 0,928 0,876 0,944 0,884
Ta x (tg-ta) -0,459 -0,942 -0,531 -0,480 -0,724 0,406 -0,479
Ta x RH -0,821 0,870 0,442 0,447 -0,366 0,938 0,885
Tg x trm 0,992 0,989 0,752 0,989 0,972 0,948 0,961
Tg x (tg-ta) -0,435 -0,875 0,941 -0,400 -0,550 0,411 -0,373
Tg x RH -0,809 0,929 -0,010 0,431 -0,401 0,938 0,958
Trm x (tg-ta) -0,416 -0,858 0,697 -0,373 -0,463 0,464 -0,272
Trm x RH -0,787 0,952 -0,529 0,428 -0,435 0,914 0,978
(tg-ta) x RH 0,488 -0,806 -0,851 -0,900 0,668 0,451 -0,303
175
APÊNDICE A
No sentido de verificar se havia ou não troca de calor por radiação entre o
aluno e seu ambiente, hipóteses foram testadas à luz da equação da temperatura
radiante média de acordo com a ISO 7726 (2002). O globo situado em um ambiente
tende a um balanço térmico sob os efeitos das trocas térmicas devido à radiação
provinda de diferentes fontes do ambiente e devido aos efeitos da convecção. A
temperatura do globo em situação de balanço térmico, permite que a Trm, seja
determinada. Desta forma, analisando a Trm, Tg e a (tg-ta) através do balanço térmico
temos que:
𝑅𝑔+ 𝐶𝑔 = 0 (1)
Onde:
Rg= transferência de calor por radiação entre as paredes do ambiente e o globo, em
W/m2
Cg= transferência de calor por convecção entre o ar e o globo, em W/m2
Considerando que:
𝑅𝑔 = 𝜀𝑔𝜎(𝑇𝑟𝑚4 − 𝑇𝑔
4) (2)
𝐶𝑔 = ℎ𝑐𝑔(𝑇𝑎 − 𝑇𝑔) (3)
Onde:
𝜀𝑔 = emissividade do globo negro (adimensional);
𝜎 = constante de Stefan-Boltzman = 5,67x10-8 W/m2.K4;
Trm = temperatura radiante média, em Kelvins;
Tg = temperatura de globo, em Kelvins
ℎ𝑐𝑔 = 1,4 (∆𝑇
𝐷)
1/4
para convecção natural, onde D é o diâmetro de globo
ℎ𝑐𝑔 = 6,3𝑣0,6
𝐷0,4 para convecção forçada, onde v é a velocidade do ar
176
Substituindo (2) e (3) em (1) tem-se que:
𝜀𝑔𝜎(𝑇𝑟𝑚4 − 𝑇𝑔
4) +ℎ𝑐𝑔(𝑇𝑎 − 𝑇𝑔)=0 (4)
A partir de (4) tem-se que:
𝜀𝑔𝜎(𝑇𝑟𝑚4 − 𝑇𝑔
4) = -ℎ𝑐𝑔(𝑇𝑎 − 𝑇𝑔) (5)
Com o objetivo de encontrar Trm tem-se a partir de (5) que:
𝑇𝑟𝑚 = √𝑇𝑔4 +ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎. (𝑇𝑔 − 𝑇𝑎)
4 (6)
Diante do exposto tem-se três situações:
Se Tg = Ta, então Trm = Tg, donde não há troca de calor por radiação
Se Tg > Ta, então Trm aumenta proporcionalmente à elevação da Tg,
caracterizando assim troca de calor por radiação
Se Tg < Ta, então Trm decresce proporcionalmente à diminuição da Tg,
constatando assim não haver troca de calor por radiação
Considerando a primeira hipótese (Tg=Ta) então a partir de (6), Trm será igual
a Tg.
Considerando a segunda hipótese (Tg-Ta) > 0 e (Tg-Ta) ∈ 𝐼𝑅+∗ , toma-se (Tg-Ta)
= 1. Então a partir de (6) tem-se que:
𝑇𝑟𝑚 = √𝑇𝑔4 +ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎
4
Como ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎 é constante, então Trm aumentará, pois, o valor de Tg aumentará desta
constante.
Toma-se agora (Tg-Ta) = n. A partir de (6) tem-se que:
177
𝑇𝑟𝑚 = √𝑇𝑔4 + 𝑛ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎
4
Como ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎 é constante, então Trm aumentará para qualquer valor de n ∈ 𝐼𝑅+
∗ pois, o
valor de Tg aumentará n vezes desta constante.
Toma-se por fim (Tg-Ta) = (n+1). Então a partir de (6) tem-se que:
𝑇𝑟𝑚 = √𝑇𝑔4 + (𝑛 + 1)ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎
4
Como ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎 é constante, então Trm aumentará para qualquer valor de n ∈ 𝐼𝑅+
∗ pois o
valor de Tg aumentará (n+1) vezes desta constante.
Logo Trm > Tg, donde:
(Tg- Ta) ≠ Trm ; (Tg- Ta) ≠ Tg; (Tg- Ta) ≠ Ta
Diante dessa hipótese pode-se assim concluir que à medida que (Tg-Ta)
aumenta a cada grau, Trm aumenta, ou seja, há uma relação diretamente proporcional
entre Trm e (Tg-Ta), com (Tg-Ta) ∈ 𝐼𝑅+∗ .
Considerando a última hipótese (Tg-Ta) < 0 e (Tg-Ta) ∈ 𝐼𝑅− ∗ toma-se (Tg-Ta) =
-1. Então a partir de (6) tem-se que:
𝑇𝑟𝑚 = √𝑇𝑔4 −ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎
4
Como ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎 é constante, então Trm diminuirá, pois o valor de Tg será decrescida desta
constante.
Toma-se agora (Tg-Ta) = -n. A partir de (6) tem-se que:
𝑇𝑟𝑚 = √𝑇𝑔4 − 𝑛ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎
4
Como ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎 é constante, então Trm diminuirá, pois o valor de Tg será decrescida n vezes
desta constante.
Toma-se por fim (Tg-Ta) = -(n+1). Então a partir de (6) tem-se que:
178
𝑇𝑟𝑚 = √𝑇𝑔4 − (𝑛 + 1)ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎
4
Como ℎ𝑐𝑔
𝜀𝑔𝜎 é constante, então Trm diminuirá para qualquer valor de n ∈ 𝐼𝑅−
∗ pois o valor
de Tg diminuirá (n+1) vezes desta constante.
Diante dessa hipótese pode-se assim concluir que à medida que (Tg-Ta)
diminui a cada grau, Trm diminui, ou seja, há também uma relação diretamente
proporcional entre Trm e (Tg-Ta), com (Tg-Ta) ∈ 𝐼𝑅−∗ .